一种拓扑重组与电热退化的储能系统寿命优化控制方法

本发明涉及配电网运行优化，具体涉及一种拓扑重组与电热退化的储能系统寿命优化控制方法。

背景技术：

1、随着新型电力系统的快速推进与多场景灵活储能业务的逐渐赋能，对现代储能系统的灵活重构能力和长寿命运行范式均提出了新的要求。传统储能系统受限于固定的串并联拓扑，普遍采用整体充放电、静态均衡的架构模式，难以规避电池单体差异导致的短板效应及局部过度老化问题。

2、近年来，模块化储能系统通过在多个电池模块之间构建动态连接关系以实现拓扑重组，从而具备了按需动态响应和灵活管理的优势。但是这种运行方式往往存在由于拓扑频繁切换导致各模块间soc（荷电状态）严重不均衡的问题，且在复杂的放电及重组过程中极易产生显著的电热耦合退化现象。现有的常规控制方法大多仅聚焦于满足瞬态功率分配，未充分将动态拓扑重组导致的soc离散度以及温度变化对电池寿命的加速衰减机制纳入考量。这使得系统在长期运行中，极易因热量局部积聚和电流冲击敏感度上升，导致模块间出现严重的非均衡老化，不仅降低了储能系统的运行可靠性，更大幅缩短了其整体使用寿命。在此背景下，如何综合考虑拓扑重组过程中的soc不均衡影响以及电热耦合退化机制，构建精准的老化与退化模型，进而实现模块化储能系统运行性能与寿命损耗的协同优化控制，降低模块间的非均衡老化程度以提高储能系统整体寿命，这成为当前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种拓扑重组与电热退化的储能系统寿命优化控制方法，以解决传统技术中的不足。它能够解决传统模块化储能系统在拓扑切换时存在的soc不均衡问题以及因忽视电热耦合效应而导致的电池模块寿命加速衰减问题，在保证储能系统运行性能的同时能极大程度实现对寿命损耗的协同优化，从而能减少模块间的非均衡老化程度与局部过热引发的故障可能性，并能提高储能系统整体的使用寿命和运行可靠性。

2、本技术的一个实施例提供了一种拓扑重组与电热退化的储能系统寿命优化控制方法，应用于模块化储能系统，所述模块化储能系统包括多个独立投切的电池模块，各电池模块通过电力电子开关阵列与公共节点动态连接以实现拓扑重组，所述方法包括：

3、构建模块化储能拓扑重组模型以及基础老化退化模型；

4、根据所述模块化储能拓扑重组模型以及基础老化退化模型，构建考虑拓扑重组soc不均衡及电热耦合效应的电池模块复合老化退化模型；

5、执行对所述电池模块复合老化退化模型的处理操作，得到模块化储能系统的最优拓扑配置结果及全时段运行控制策略，以实现模块化储能系统的优化控制。

6、可选的，所述构建模块化储能拓扑重组模型以及基础老化退化模型，包括：

7、根据系统初始化预设的节点集合、电池模块集合、运行周期时间集合、设备保护参数拓扑切换死区以及单周期最大切换次数，获得电池模块与节点在预设时段的连接状态变量、充放电标志变量、接通断开动作变量以及对应的拓扑切换约束条件；

8、基于所述连接状态变量、所述充放电标志变量、所述接通断开动作变量以及对应的拓扑切换约束条件，结合充放电功率上限、无功功率上限、充放电效率、容量上下限、时间步长系统参数，获得电池模块充放电功率、无功功率、电池模块能量状态及荷电状态；

9、根据所述电池模块充放电功率、无功功率、电池模块能量状态及荷电状态，结合电池模块容量上限、分段线性老化系数，获得归一化放电功率、预设时段基础容量损失、累积容量损失，以生成模块化储能拓扑重组模型与基础老化退化模型。

10、可选的，所述模块化储能拓扑重组模型包括模块化储能的充放电模型。

11、可选的，所述根据所述模块化储能拓扑重组模型以及基础老化退化模型，构建考虑拓扑重组soc不均衡及电热耦合效应的电池模块复合老化退化模型，包括：

12、根据所述电池模块与节点在预设时段的连接状态变量以及电池模块荷电状态，获得节点平均荷电状态；

13、基于所述节点平均荷电状态，结合电池实时温度、电化学反应活化能、理想气体常数、参考温度，获得温度动态老化系数；

14、根据所述连接状态变量、电池模块荷电状态、节点平均荷电状态以及温度动态老化系数，并结合电池模块预设时刻归一化放电功率、上一预设时段累积容量损失，获得荷电状态偏差老化增量、附加容量损失以及更新后的累积容量损失，以生成考虑拓扑重组soc不均衡及电热耦合效应的电池模块复合老化退化模型。

15、可选的，所述执行对所述电池模块复合老化退化模型的处理操作，包括：

16、确定所述电池模块复合老化退化模型的目标函数，并通过线性化和锥松弛将约束条件转化为二阶锥规划约束。

17、本技术的又一实施例提供了一种拓扑重组与电热退化的储能系统寿命优化控制系统，应用于模块化储能系统，所述模块化储能系统包括多个独立投切的电池模块，各电池模块通过电力电子开关阵列与公共节点动态连接以实现拓扑重组，所述系统包括：

18、第一构建模块，用于构建模块化储能拓扑重组模型以及基础老化退化模型；

19、第二构建模块，用于根据所述模块化储能拓扑重组模型以及基础老化退化模型，构建考虑拓扑重组soc不均衡及电热耦合效应的电池模块复合老化退化模型；

20、执行模块，用于执行对所述电池模块复合老化退化模型的处理操作，得到模块化储能系统的最优拓扑配置结果及全时段运行控制策略，以实现模块化储能系统的优化控制。

21、可选的，所述第一构建模块包括：

22、第一获得单元，用于根据系统初始化预设的节点集合、电池模块集合、运行周期时间集合、设备保护参数拓扑切换死区以及单周期最大切换次数，获得电池模块与节点在预设时段的连接状态变量、充放电标志变量、接通断开动作变量以及对应的拓扑切换约束条件；

23、第二获得单元，用于基于所述连接状态变量、所述充放电标志变量、所述接通断开动作变量以及对应的拓扑切换约束条件，结合充放电功率上限、无功功率上限、充放电效率、容量上下限、时间步长系统参数，获得电池模块充放电功率、无功功率、电池模块能量状态及荷电状态；

24、第一生成单元，用于根据所述电池模块充放电功率、无功功率、电池模块能量状态及荷电状态，结合电池模块容量上限、分段线性老化系数，获得归一化放电功率、预设时段基础容量损失、累积容量损失，以生成模块化储能拓扑重组模型与基础老化退化模型。

25、可选的，所述第二构建模块，包括：

26、第三获得单元，用于根据所述电池模块与节点在预设时段的连接状态变量以及电池模块荷电状态，获得节点平均荷电状态；

27、第四获得单元，用于基于所述节点平均荷电状态，结合电池实时温度、电化学反应活化能、理想气体常数、参考温度，获得温度动态老化系数；

28、第二生成单元，用于根据所述连接状态变量、电池模块荷电状态、节点平均荷电状态以及温度动态老化系数，并结合电池模块预设时刻归一化放电功率、上一预设时段累积容量损失，获得荷电状态偏差老化增量、附加容量损失以及更新后的累积容量损失，以生成考虑拓扑重组soc不均衡及电热耦合效应的电池模块复合老化退化模型。

29、本技术的又一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时实现上述任一项所述的方法。

30、本技术的又一实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以实现上述任一项所述的方法。

31、与现有技术相比，本发明首先构建模块化储能拓扑重组模型以及基础老化退化模型；然后根据所述模块化储能拓扑重组模型以及基础老化退化模型，构建考虑拓扑重组soc不均衡及电热耦合效应的电池模块复合老化退化模型；最后执行对所述电池模块复合老化退化模型的处理操作，得到模块化储能系统的最优拓扑配置结果及全时段运行控制策略，以实现模块化储能系统的优化控制。它能够解决传统模块化储能系统在拓扑切换时存在的soc不均衡问题以及因忽视电热耦合效应而导致的电池模块寿命加速衰减问题，在保证储能系统运行性能的同时能极大程度实现对寿命损耗的协同优化，从而能减少模块间的非均衡老化程度与局部过热引发的故障可能性，并能提高储能系统整体的使用寿命和运行可靠性。