一种深埋地下车站的储能分层保护调度方法、系统及设备与流程

本发明涉及城市轨道交通能源管理与储能优化调度，尤其涉及一种深埋地下车站的储能分层保护调度方法、系统及设备。

背景技术：

1、随着城市轨道交通向地下纵深发展，深埋地下车站（埋深通常超过120米，部分可达200–1000米）的数量日益增多。深埋地下车站具有深度大、密闭性强、对外部能源依赖度高等特点，其通风、照明、通信、应急疏散及安全监控等关键负荷对供电可靠性提出了极高要求。储能系统作为深埋地下车站的重要能源保障设施，长期承担关键负荷的备电保障任务，其充放电调度策略直接关系到车站运行安全与储能设备使用寿命。

2、深埋地下车站的储能电池在充放电调度过程中，常因深度放电、频繁循环而加速老化。现有储能调度策略存在以下缺陷：

3、第一，忽视电池寿命损耗。 传统储能调度策略以电价差或峰谷套利为单一优化目标，片面追求单次充放电的经济收益，忽略放电深度、循环次数、温度偏离、功率波动及健康状态衰减等多重因素对电池寿命的综合损耗，导致“节能不节钱”的困境。虽然部分现有技术已公开根据循环深度或放电深度计算储能电池寿命损耗，并将电池寿命损耗成本纳入储能系统最优调度，但其优化目标仍以经济性为主，未将寿命损耗指数作为实时调度控制的直接决策变量。

4、第二，缺乏面向深埋地下车站特殊工况的量化手段。 现有技术主要面向通用储能系统或风光储联合电站的日前优化调度，重点在于通过循环寿命衰减模型和分段线性化方法获得最优充放电策略；其寿命损耗评估多停留于规划阶段或日前调度层面，未解决深埋地下车站储能系统在实际运行中因深度放电、频繁循环、温度偏离、功率波动等多因素耦合作用下的实时寿命损耗量化问题，缺乏将放电深度、循环次数、温度偏离、功率波动及健康状态衰减等多元因素统一量化的实时计算方法。

5、第三，没有面向深埋地下车站的分层保护机制。 深埋地下车站储能系统的运行具有特殊性：一方面，储能系统长期承担通风、照明、通信、应急疏散及安全监控等关键负荷的备电保障任务，必须具备可靠的备用电量储备；另一方面，储能电池在深度放电、频繁充放电切换工况下加速老化，当电池接近寿命极限时，缺乏基于剩余寿命的动态保护策略。现有技术并未针对深埋地下车站储能系统的上述运行特点，将电池寿命损耗状态与车站关键负荷备用电量、安全soc下限、放电功率限制及强制充电策略直接联动，也未形成面向深埋地下车站运行安全约束的电池寿命损耗指数分层保护控制机制。

6、综上所述，现有技术存在忽视电池寿命综合损耗、缺乏面向深埋地下车站特殊工况的量化手段、缺少分层保护机制等问题，亟需一种能够兼顾电池寿命保护与车站关键负荷备电保障的储能调度方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术问题，提供了一种深埋地下车站的储能分层保护调度方法、系统及设备，本发明并非面向普通储能系统或风光储联合电站的日前成本最优调度，而是面向深埋地下车站储能系统长期承担关键负荷保障的运行工况，将放电深度、循环次数、电池温度、充放电功率波动及电池健康状态共同构成电池寿命损耗指数bldi，并将该指数与车站安全soc下限、关键负荷备用电量、最大允许放电深度、最大放电功率及强制充电策略直接关联，从而实现电池寿命保护、车站运行安全和储能调度经济性的协同控制。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、本发明的第一方面，提供一种深埋地下车站的储能分层保护调度方法，包括以下步骤：

4、s1.实时采集深埋地下车站储能系统的运行状态数据，所述运行状态数据至少包括储能系统荷电状态、当前放电深度、累计循环次数、电池温度、相邻调度周期内充放电功率变化量、电池健康状态以及车站关键负荷备用电量需求；

5、s2.根据所述运行状态数据计算电池寿命损耗指数，所述电池寿命损耗指数用于表征储能电池在深度放电、频繁循环、温度偏离、功率波动及健康状态衰减共同作用下产生的设备级等效寿命损耗；

6、s3.根据所述电池寿命损耗指数、电池健康状态以及车站关键负荷备用电量需求，确定第一保护阈值和第二保护阈值，并将储能系统允许运行区间划分为优先放电区间、限制放电区间和保护区间，其中第二保护阈值高于第一保护阈值；

7、s4.根据所述储能系统允许运行区间生成储能充放电控制策略：当储能系统处于优先放电区间时，允许按照调度需求执行放电指令；当储能系统处于限制放电区间时，降低最大允许放电功率、缩短连续放电时间，并提高放电终止荷电状态；当储能系统处于保护区间时，禁止深度放电，并在荷电状态低于安全荷电状态下限时强制转入充电状态；

8、s5.在每一调度周期结束后，根据深埋地下车站储能系统的运行状态数据变化情况滚动更新电池寿命损耗指数、电池健康状态以及车站关键负荷备用电量需求；并根据更新后的电池寿命损耗指数、电池健康状态以及车站关键负荷备用电量需求动态调整第一保护阈值、第二保护阈值、最大允许放电深度、最大允许放电功率及放电终止荷电状态。

9、在一些实施例中，在步骤s3中，当电池寿命损耗指数低于第一保护阈值时，储能系统允许运行区间划分为优先放电区间；当电池寿命损耗指数大于或等于第一保护阈值且低于第二保护阈值时，储能系统允许运行区间划分为限制放电区间；当电池寿命损耗指数大于或等于第二保护阈值时，储能系统允许运行区间划分为保护区间。

10、在一些实施例中，所述第一保护阈值和第二保护阈值根据储能系统历史电池寿命损耗指数的统计分布确定，第一保护阈值取电池寿命损耗指数历史分布的60%分位值，第二保护阈值取电池寿命损耗指数历史分布的85%分位值。

11、在一些实施例中，当电池健康状态低于预设健康阈值，或车站关键负荷备用电量需求升高时，降低第一保护阈值和第二保护阈值。

12、在一些实施例中，所述电池寿命损耗指数通过下式计算：

13、

14、其中，

bldi表示电池寿命损耗指数，dod表示当前放电深度，

dod

ref表示参考放电深度，

ncycle为累计循环次数，

n

ref为参考循环次数，

t

bat为电池当前温度；

t

opt为电池最优工作温度；

t

range为允许温度偏差范围，δp为相邻调度周期内充放电功率变化量；

p

rated为储能系统额定功率；soh为电池健康状态，

a、b、c、d、e为预设权重系数，

k为放电深度指数系数。

15、在一些实施例中，所述车站关键负荷备用电量用于保障深埋地下车站通风、照明、通信、应急疏散及安全监控负荷的持续供电需求。

16、在一些实施例中，步骤s4中，当储能系统处于保护区间时，储能系统禁止执行会导致荷电状态低于安全荷电状态下限的放电指令，并优先执行补电或充电控制策略。

17、本发明的第二方面，提供一种深埋地下车站的储能分层保护调度系统，包括：

18、运行状态数据采集模块，用于实时采集深埋地下车站储能系统的运行状态数据，所述运行状态数据至少包括储能系统荷电状态、当前放电深度、累计循环次数、电池温度、相邻调度周期内充放电功率变化量、电池健康状态以及车站关键负荷备用电量需求；

19、电池寿命损耗指数计算模块，用于根据所述运行状态数据计算电池寿命损耗指数，所述电池寿命损耗指数用于表征储能电池在深度放电、频繁循环、温度偏离、功率波动及健康状态衰减共同作用下产生的设备级等效寿命损耗；

20、储能系统允许运行区间划分模块，用于根据所述电池寿命损耗指数、电池健康状态以及车站关键负荷备用电量需求，确定第一保护阈值和第二保护阈值，并将储能系统允许运行区间划分为优先放电区间、限制放电区间和保护区间，其中第二保护阈值高于第一保护阈值；

21、储能充放电控制策略制定模块，用于根据所述储能系统允许运行区间生成储能充放电控制策略：当储能系统处于优先放电区间时，允许按照调度需求执行放电指令；当储能系统处于限制放电区间时，降低最大允许放电功率、缩短连续放电时间，并提高放电终止荷电状态；当储能系统处于保护区间时，禁止深度放电，并在荷电状态低于安全荷电状态下限时强制转入充电状态；

22、运行状态数据更新模块，用于在每一调度周期结束后，根据深埋地下车站储能系统的运行状态数据变化情况滚动更新电池寿命损耗指数、电池健康状态以及车站关键负荷备用电量需求；并根据更新后的电池寿命损耗指数、电池健康状态以及车站关键负荷备用电量需求动态调整第一保护阈值、第二保护阈值、最大允许放电深度、最大允许放电功率及放电终止荷电状态。

23、本发明的第三方面，提供一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器上存储有可在处理器上运行的计算机指令，处理器运行计算机指令时执行第一方面所述的一种深埋地下车站的储能分层保护调度方法。

24、需要进一步说明的是，上述各选项实施例对应的技术特征在不冲突的情况下可以相互组合或替换构成新的技术方案。

25、与现有技术相比，本发明有益效果是：

26、1.设备级多因素耦合寿命损耗的实时量化：本发明将放电深度、循环次数、电池温度、充放电功率波动及电池健康状态共同纳入电池寿命损耗指数计算，使电池寿命损耗指数不再仅反映单一放电深度或循环次数造成的寿命损耗，而是反映深埋地下车站储能电池在实际运行工况下因深度放电、频繁循环、温度偏离、功率波动及健康状态衰减等多因素耦合作用产生的综合等效寿命损耗状态。本发明实现了对电池寿命损耗更全面、更精确的实时量化，为后续分层保护调度提供了准确的决策依据。

27、2.面向关键负荷的分层保护：本发明根据电池寿命损耗指数、电池健康状态以及车站关键负荷备用电量需求确定第一、第二保护阈值，将电池寿命损耗指数与深埋地下车站关键负荷备用电量、安全荷电状态下限、最大允许放电深度、最大放电功率及强制充电策略直接关联，并将储能系统允许运行区间划分为优先放电区间、限制放电区间和保护区间，实现面向车站运行安全的储能分层保护调度。同时，在电池健康状态低于预设健康阈值或关键负荷备用电量需求升高时动态降低保护阈值，使得保护阈值能够随电池老化程度和车站运行安全需求的变化而自适应调整，既避免了固定阈值在电池老化后保护不足的问题，也避免了在关键负荷需求升高时因保护阈值过高而导致备用电量不足的安全风险。

28、3.兼顾电池寿命与车站运行安全：本发明通过动态调整保护阈值、最大允许放电深度、最大允许放电功率及放电终止荷电状态，本发明能够降低深度放电和频繁循环造成的电池寿命损耗，同时保留用于通风、照明、通信、应急疏散及安全监控等关键负荷的备用电量。此外，根据电池实际老化轨迹和运行工况变化实时调整控制参数，使保护策略始终与电池当前状态相匹配，有效延长电池使用寿命。