储能电站的多维度综合安全评估方法与相关装置与流程

本发明涉及电化学储能系统安全运维，具体地说，涉及一种储能电站的多维度综合安全评估方法与相关装置。

背景技术：

1、以锂离子电池为核心的电化学储能电站，作为用于直接转变化学能为电能的方法或装置的典型代表，已大规模应用于电网调频、调峰和新能源消纳场景，是构建节能、环保、绿色等电力体系的关键环节。然而，电池在长期充放电过程中，电化学参数逐步劣化，易引发热失控等安全事故，这对电动汽车储能装置制造及新能源汽车整车制造等领域的电池全生命周期管理提出了严峻挑战。目前，储能电站的安全评估手段主要存在以下不足：

2、（1）评估维度单一：多数系统仅基于温度或电压单一指标设置阈值报警，无法捕捉多参数耦合劣化过程。温度异常往往只是表象，绝缘下降或一致性恶化同样可能导致严重事故，这种局限性在电力牵引及电动汽车及汽车电机、汽车马达、汽车电驱动等高动态负载场景下尤为突出。

3、（2）绝缘阻值评估粗糙：绝缘检测多为绝对值比较，未考虑正负极绝缘不对称、环境相对湿度对表面泄漏电流的影响，且未与电芯一致性指标有效融合，难以满足新能源汽车装置、配件制造中对电池电芯高精密安全监测的需求。

4、（3）权重固定僵化：固定权重无法适应电池全生命周期、不同运行工况及环境条件对主导风险因素的变化，导致评估滞后或虚警，缺乏针对电动汽车复杂运行环境的自适应能力。

5、（4）预警联动缺失：预警信号仅起到提示作用，未形成与热管理、均衡系统、功率限制和消防系统的自适应联动控制，响应不及时，无法有效保障节能、环保、绿色等电力系统的稳定运行。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种储能电站的多维度综合安全评估方法与相关装置，采用本发明能够显著提升电化学储能电站的运行安全性。

2、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明实施例第一方面提供了一种储能电站的多维度综合安全评估方法，所述方法包括：

4、采集安全评估数据和权重评估数据，所述安全评估数据包括电池簇内所有单体电芯温度、电池簇内所有单体电芯电压、当前充放电电流、簇内平均估算内阻、环境相对湿度、直流母线正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻，所述权重评估数据包括环境温度、环境相对湿度、充放电倍率和电池健康状态；

5、根据所述电池簇内所有单体电芯温度提取温差特征，根据所述电池簇内所有单体电芯电压、所述当前充放电电流和所述簇内平均估算内阻提取压差特征，根据所述环境相对湿度、所述直流母线正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻提取绝缘特征；

6、根据所述温差特征计算温差安全评分，根据所述压差特征计算压差安全评分，以及根据所述绝缘特征计算绝缘安全评分；

7、根据所述环境温度、环境相对湿度、充放电倍率和电池健康状态计算所述温差安全评分对应的权重、所述压差安全评分对应的权重和所述绝缘安全评分对应的权重；

8、根据所述温差安全评分以及所述温差安全评分对应的权重、所述压差安全评分以及所述压差安全评分对应的权重、所述绝缘安全评分以及所述绝缘安全评分对应的权重计算综合安全指数；

9、根据所述综合安全指数触发对应的风险预警及处置动作。

10、在一些示例中，所述温差特征包括最大温差、温度离散度和温差变化率，所述根据所述电池簇内所有单体电芯温度提取温差特征，包括：

11、根据最大的所述单体电芯温度和最小的所述单体电芯温度计算所述最大温差，根据所述电池簇内所有单体电芯温度的平均温度和每一个所述单体电芯温度计算所述温度离散度，根据所述电池簇内所有单体电芯温度在第一固定时间窗口内对温度与时间进行一元线性回归得到所述温差变化率。

12、在一些示例中，所述压差特征包括最大等效静置压差和压差变化率，所述根据所述电池簇内所有单体电芯电压、所述当前充放电电流和所述簇内平均估算内阻提取压差特征，包括：

13、根据所述电池簇内所有单体电芯电压、所述当前充放电电流和所述簇内平均估算内阻计算各所述单体电芯等效静置电压；

14、根据最大的所述单体电芯等效静置电压和最小的所述单体电芯等效静置电压计算所述最大等效静置压差，根据所述电池簇内所有单体电芯等效静置电压在第二固定时间窗口内对电压与时间进行一元线性回归得到所述压差变化率。

15、在一些示例中，所述绝缘特征包括并联等效绝缘阻值，所述环境相对湿度、直流母线正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻，包括：

16、根据所述直流母线正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻之积与所述直流母线正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻之和的比值确定原始并联等效绝缘阻值；

17、根据所述环境相对湿度、基准湿度计算湿度补偿因子；

18、根据所述湿度补偿因子和所述所述原始并联等效绝缘阻值计算修正后的所述并联等效绝缘阻值。

19、在一些示例中，所述根据所述温差特征计算温差安全评分，包括：

20、分别将所述最大温差、所述温度离散度和所述温差变化率代入第一评分函数，以计算静态温差幅值评分、温度离散度评分和温差变化率评分；

21、根据所述静态温差幅值评分及所述静态温差幅值评分对应的权重、所述温度离散度评分及所述温度离散度评分对应的权重、所述温差变化率评分及所述温差变化率评分对应的权重计算温差安全评分；

22、所述根据所述压差特征计算压差安全评分，包括：

23、分别将所述最大等效静置压差和所述压差变化率代入所述第一评分函数，以计算静态压差幅值评分和压差变化率评分；

24、根据所述静态压差幅值评分及所述静态压差幅值评分对应的权重、所述压差变化率评分及所述压差变化率评分对应的权重计算压差安全评分；

25、所述根据所述绝缘特征计算绝缘安全评分，包括：

26、将所述并联等效绝缘阻值代入第二评分函数，得到绝缘安全评分；

27、其中，所述第一评分函数为：

28、，

29、所述第二评分函数为：

30、，

31、其中，为最大温差时，为预设的温差安全阈值，为预设的温差极限危险阈值，为预设的温差衰减系数，为预设的温差形状指数，为静态温差幅值评分；为温度离散度时，为预设的离散度安全阈值，为预设的离散度极限危险阈值，为预设的离散度衰减系数，为预设的离散度形状指数，为温度差变化率评分；为温差变化率的绝对值时，为预设的温差变化率安全阈值，为预设的温差变化率极限危险阈值，为预设的温差变化率衰减系数，为预设的温差变化率形状指数，为温差变化率评分；

32、为最大等效静置压差时，为预设的等效压差安全阈值，为预设的等效压差极限危险阈值，为预设的压差衰减系数，为预设的压差形状指数，为静态压差幅值评分；为压差变化率的绝对值时，为预设的压差变化率安全阈值，为预设的压差变化率极限危险阈值，为预设的压差变化率衰减系数，为预设的压差变化率形状指数，为压差变化率评分；

33、为并联等效绝缘阻值时，为预设的绝缘安全阈值，为预设的绝缘极限危险阈值，为预设的绝缘衰减系数，为预设的绝缘形状指数，为绝缘安全评分。

34、在一些示例中，所述根据所述环境温度、环境相对湿度、充放电倍率和电池健康状态计算所述温差安全评分对应的权重、所述压差安全评分对应的权重和所述绝缘安全评分对应的权重，包括：

35、获取正常工况下的所述温差安全评分对应的权重、所述压差安全评分对应的权重和所述绝缘安全评分对应的权重；

36、若所述环境温度升高且所述充放电倍率增大，则增加所述温差安全评分对应的权重，以及减小所述压差安全评分对应的权重和所述绝缘安全评分对应的权重；

37、若所述环境相对湿度升高，则增加所述绝缘安全评分对应的权重；

38、若所述电池健康状态降低，则增加所述压差安全评分对应的权重。

39、在一些示例中，所述根据所述温差安全评分以及所述温差安全评分对应的权重、所述压差安全评分以及所述压差安全评分对应的权重、所述绝缘安全评分以及所述绝缘安全评分对应的权重计算综合安全指数，包括：

40、获取所述温差安全评分对应的持续劣化计时器、所述压差安全评分对应的持续劣化计时器、所述绝缘安全评分对应的持续劣化计时器；

41、根据预设的时间常数、预设的控制惩罚速度、预设的惩罚下限、所述温差安全评分对应的持续劣化计时器、所述压差安全评分对应的持续劣化计时器、所述绝缘安全评分对应的持续劣化计时器计算时间累积惩罚因子；

42、根据所述温差安全评分以及所述温差安全评分对应的权重、所述压差安全评分以及所述压差安全评分对应的权重、所述绝缘安全评分以及所述绝缘安全评分对应的权重计算综合安全指数、所述累积惩罚因子计算综合安全指数。

43、本发明实施例第二方面提供了一种储能电站的多维度综合安全评估装置，所述装置包括：

44、数据采集单元，用于采集安全评估数据和权重评估数据，所述安全评估数据包括电池簇内所有单体电芯温度、电池簇内所有单体电芯电压、当前充放电电流、簇内平均估算内阻、环境相对湿度、直流母线正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻，所述权重评估数据包括环境温度、环境相对湿度、充放电倍率和电池健康状态；

45、特征提取单元，用于根据所述电池簇内所有单体电芯温度提取温差特征，根据所述电池簇内所有单体电芯电压、所述当前充放电电流和所述簇内平均估算内阻提取压差特征，根据所述环境相对湿度、所述直流母线正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻提取绝缘特征；

46、安全评分计算单元，用于根据所述温差特征计算温差安全评分，根据所述压差特征计算压差安全评分，以及根据所述绝缘特征计算绝缘安全评分；

47、权重计算单元，用于根据所述环境温度、环境相对湿度、充放电倍率和电池健康状态计算所述温差安全评分对应的权重、所述压差安全评分对应的权重和所述绝缘安全评分对应的权重；

48、安全指数计算单元，用于根据所述温差安全评分以及所述温差安全评分对应的权重、所述压差安全评分以及所述压差安全评分对应的权重、所述绝缘安全评分以及所述绝缘安全评分对应的权重计算综合安全指数；

49、预警及处置触发单元，用于根据所述综合安全指数触发对应的风险预警及处置动作。

50、本发明实施例第三方面提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器；

51、处理器和存储器相连，其中，存储器用于存储计算机程序，处理器用于调用计算机程序，以执行如本发明实施例中第一方面中的方法。

52、本发明实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时，执行如本发明实施例中第一方面中的方法。

53、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

54、（1）现有技术仅依赖温度或电压单一阈值报警。本技术根据电池簇内所有单体电芯温度提取温差特征，根据电池簇内所有单体电芯电压、当前充放电电流和簇内平均估算内阻提取压差特征，根据环境相对湿度、直流母线正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻提取绝缘特征，同时将温差特征、压差特征、绝缘特征三者并行纳入评估体系，能够捕捉“绝缘下降导致局部发热→温差扩大→极化加剧→压差恶化”的链式耦合劣化过程。这种多维度的监测机制，对于电动汽车及汽车电机、汽车马达、汽车电驱动等复杂工况下因电池造成故障的识别尤为重要，显著提升了事故前兆的识别能力。

55、（2）现有绝缘检测多为绝对值比较，忽略不对称和湿度影响。本技术根据环境相对湿度、直流母线正极对地绝缘电阻和负极对地绝缘电阻提取绝缘特征，可以对湿度引起的表面泄漏电流进行补偿修正，从而准确识别“单极绝缘劣化”或“潮湿环境导致的虚假绝缘报警”；在计算综合安全指数时，将其与压差、温差特征的耦合反映绝缘下降与电芯一致性的相互恶化关系，有效解决了新能源汽车装置电池管理系统中绝缘监测精度不足的难题。

56、（3）现有技术中固定权重无法适应工况与老化阶段变化。本技术根据环境温度、环境相对湿度、充放电倍率、电池健康状态实时计算温差、压差、绝缘各自评分对应的权重，而非固定权重。这种动态权重机制能够适应新能源汽车整车制造及电力牵引系统中因多变的运行环境造成电池工况与老化的场景，使综合安全指数始终由当前最主导的风险因素驱动，可以降低虚警与漏警率。

57、（4）现有预警仅停留于提示层面。本技术根据综合安全指数触发不同等级的风险预警及处置动作，能够根据当前实际风险水平采取差异化措施，避免“一刀切”式响应造成的过度干预或处置不足。这不仅保障了用于直接转变化学能为电能的方法或装置的系统安全，又兼顾了储能电站的可用性。

58、（5）现有技术中多维度参数独立呈现，运维人员难以综合判断。本技术通过加权融合温差评分、压差评分、绝缘评分得到单一综合安全指数，该指数数值范围连续，可直观反映储能电站当前整体安全水平，便于设定统一的风险等级阈值，也易于接入调度自动化系统或数字孪生平台，实现标准化管理，为电动汽车储能装置制造的智能化运维提供了有力支撑。

59、综上，本发明通过多维特征融合与动态评估，能够显著提升电化学储能电站的运行安全性，全面服务于电动汽车及节能、环保、绿色等电力应用领域。