一种新电池与梯次电池混合储能系统的容量配置方法与流程

1.本发明涉及一种用户侧新电池与梯次电池混合的储能系统容量优化配置方法，属于配电网储能技术领域。


背景技术：

2.随着电动汽车保有量快速增长，伴随着电动汽车动力电池性能的衰减，将从电动汽车重退役。由于退役时动力电池的实际容量为初始容量的70％～80％，如果对动力电池直接报废处理会造成严重的环境污染和资源浪费。
3.梯次电池继续在储能领域应用，可以缓解退役电池的回收压力，实现物尽其用。但由于退役电池的性能已衰减，不适合大倍率充放电，因此梯次电池储能系统中配置少量新电池，适应场景中对梯次电池的倍率需求。
4.传统的电池储能容量配置方法一般针对的是单一类型电池储能系统，而目前针对梯次电池与新电池混合储能的容量配置方法研究较少。


技术实现要素：

5.本发明提供一种梯次电池与新电池混合的储能系统容量配置方法，用于解决现有梯次电池无法应用于大倍率充放电场景的技术问题。
6.为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，
7.一种梯次电池与新电池混合的储能系统容量配置方法，包括以下步骤：
8.1)确定新电池与梯次电池储能系统的基本参数包括电池置换周期、电池容量衰减速率、能量效率、成本参数等；
9.2)建立新电池与梯次电池储能系统的成本效益模型；
10.3)建立经济性最优的混合储能系统容量配置模型；
11.4)设定容量配置模型的约束条件；
12.5)获取混合储能的容量配置结果。
13.本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
14.前述一种梯次电池与新电池混合的储能系统容量配置方法，其中所述混合储能的成本模型按以下方法建立：
15.1)电池成本
16.电池成本按照容量计算其成本可表示为：
17.c1＝ceer(1)
18.式中：ce为电池容量单价，单位为元/wh；er为储能的额定容量，单位为wh。
19.2)pcs成本
20.pcs控制储能系统的功率，其成本可表示为：
21.c2＝c
p
pr(2)
22.式中：c
p
为pcs单价，单位为元/w；pr为储能系统的额定功率，单位为w。
23.3)bms成本
24.bms的功能是对电池系统进行监控管理，可以防止电池运行过程中出现过度充放电情况，从而有效保障储能稳定运行，延长储能的使用寿命。电池储能系统的bms与容量相关，其成本可表示为：
25.c3＝cber(3)
26.式中：cb为电池bms单位成本，单位为元/wh。
27.4)集成成本
28.电池单体需要进行串并联，成组后再与bms、pcs连接组成完整的储能系统。电池储能系统的集成成本按容量计算，其成本可表示为：
29.c4＝c
jer
(4)
30.式中：cj为电池的单位集成成本，单位为万元/wh。
31.5)置换成本
32.梯次电池储能系统在项目周期内置换成本可表示为：
[0033][0034]
式中，l为梯次电池在项目周期内的更换次数，等于n/n；n为项目周期(年)；n为退役电池的置换周期(年)。
[0035]
储能容量随着循环次数的增加会发生衰减，新电池和梯次电池其容量与循环次数之间均可用线性关系表示。
[0036]
6)运行维护成本
[0037]
运行维护成本是在运营期内为保证设备正常稳定运行所发生的检修维护费用，与储能自身性能密切相关，电池储能系统在年运行维护成本可表示为：
[0038]
c6＝c
wer
(6)
[0039]
式中，cw为电池单位容量的年运行维护价格,单位为元/wh/年。
[0040]
7)电热安全系统成本
[0041]
储能系统的电热安全管理系统成本可表示为：
[0042]
c7＝cder(7)
[0043]
式中，cd为电热安全管理系统单价,单位为元/wh。
[0044]
8)残值
[0045]
储能系统在项目寿命周期结束后，其资产可按一定的残值率进行计算，由于此部分与成本投入直接相关，计算时作为负的成本值，其残值计算模型表示为：
[0046]
c8＝-(c1 c2 c3 c4 c5 c7)γ(8)
[0047]
式中，γ为电池储能系统在项目周期结束后的残值率。
[0048]
前述一种梯次电池与新电池混合的储能系统容量配置方法，其中所述混合储能的效益模型按以下方法建立：
[0049]
1)峰谷套利
[0050]
在现阶段实行的分时电价背景下，储能系统可以在负荷低谷、电价较低时充电，而在负荷高峰、电价较高时放电，可以获取电价差，实现经济收益。储能系统每年通过低充高放套利产生的效益为：
[0051][0052]
其中，t为储能系统每年运行的天数；δt为充放电时间段；pk储能系统第k小时段的输出功率，放电为正，充电为负，单位为kw；pk为第k小时段的电价，元/wh。
[0053]
2)节省的需量电费
[0054]
用户每月需要按最大需量缴纳基本电费，在配置储能后可以降低最大需量，用户可以按照配置储能后的最大需量缴纳基本电费。储能系统每年可减少基本电费支出为：
[0055]
e2＝cdpr×
12(10)
[0056]
式中，cd为用户需要缴纳的基本电费单价，单位为元/kw
·
月。
[0057]
前述一种梯次电池与新电池混合的储能系统容量配置方法，其中所述混合储能的容量配置模型为：
[0058][0059]
式中，ne为收益类型；n
t
为梯次储能系统的成本类型；nn为新电池储能系统的成本类型。
[0060]
前述一种梯次电池与新电池混合的储能系统容量配置方法，其中所述混合储能的约束条件为：
[0061]
1)充放电功率约束
[0062]
储能通过pcs与电网进行能量交换，任意时刻的功率都应该不超过pcs的额定功率。
[0063]
|p
t
|≤p
rate
(12)
[0064]
式中，p
t
为t时刻的储能出力功率；p
rate
为pcs的额定功率。
[0065]
2)充放电能量约束
[0066]
为保证储能正常运行，在一个充放电周期内应保持充放电能量相等，即
[0067]
ec×
η＝ed/η(13)
[0068]
式中，ec表示充电能量，ed表示放电能量，η为充放电效率。
[0069]
3)soc约束
[0070]
在储能运行过程中，其soc在[0,1]内，但在[0,1]内进行完整的循环会造成退役电池的寿命显著缩短，综合其寿命与能量利用率通常将soc限制在一定范围，实现寿命与能量利用率的双赢。
[0071]
soc
min
≤soc
t
≤soc
max
(14)
[0072]
式中，soc
min
、soc
max
分别为储能soc的上、下限；soc
t
为储能在第t时刻的soc。
[0073]
4)倍率约束
[0074]
对梯次电池的倍率约束为低于α1c。为推动梯次电池的规模化应用，考虑新电池在混合储能中充当功率型储能，对新电池的倍率约束为大于α2c。
[0075]
p
t,rate
≤α1e
t,rate
(15)
[0076]
p
n,rate
≥α2e
n,rate
(16)
[0077]
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
[0078]
本发明中，提供了一种梯次电池与新电池混合的储能系统容量配置方法，针对梯
次电池储能系统无法应用于高倍率场景的问题，通过配置少量新电池储能，降低梯次储能的配置容量，提高梯次储能的经济性；同时提出了梯次电池与新电池储能混合容量配置模型，能提高梯次电池储能系统的应用规模。
附图说明
[0079]
图1为本发明方法的总体思路图；
[0080]
图2为典型日负荷曲线和分时电价曲线图；
[0081]
图3为最优配置方案梯次电池储能日运行曲线和soc日曲线；
[0082]
图4为最优配置方案新电池储能日运行曲线和soc日曲线；
[0083]
图5为配置混合电池储能后的负荷曲线。
具体实施方式
[0084]
本实施例提出的梯次电池与新电池混合储能容量配置方法结合附图详细说明如下，下面通过参考附图描述的实施例子是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制：
[0085]
以我国南方某地区储能电站为例，典型日负荷曲线如图2所示。
[0086]
本发明的总体思路框图如图1所示，包括以下步骤：1)确定新电池与梯次电池储能系统的基本参数包括电池置换周期、电池容量衰减速率、能量效率、成本参数等；
[0087]
2)建立新电池与梯次电池储能系统的成本效益模型；
[0088]
3)建立经济性最优的混合储能系统容量配置模型；
[0089]
4)设定容量配置模型的约束条件；
[0090]
5)获取混合储能的容量配置结果。
[0091]
本文容量配置方法的以梯次电池储能全寿命周期内净收益最大为优化目标，其配置方案与以年净收益最大为优化目标的配置方案对比如表1所示。
[0092]
表1混合储能系统的容量配置方案
[0093][0094]
1)峰谷套利
[0095]
在现阶段实行的分时电价背景下，储能系统可以在负荷低谷、电价较低时充电，而在负荷高峰、电价较高时放电，可以获取电价差，实现经济收益。储能系统每年通过低充高放套利产生的效益为：
[0096][0097]
其中，t为储能系统每年运行的天数；δt为充放电时间段；pk储能系统第k小时段的输出功率，放电为正，充电为负，单位为kw；pk为第k小时段的电价，元/wh。
[0098]
2)节省的需量电费
[0099]
用户每月需要按最大需量缴纳基本电费，在配置储能后可以降低最大需量，用户
可以按照配置储能后的最大需量缴纳基本电费。储能系统每年可减少基本电费支出为：
[0100]
e2＝cdpr×
12(10)
[0101]
式中，cd为用户需要缴纳的基本电费单价，单位为元/kw
·
月。
[0102]
前述一种梯次电池与新电池混合的储能系统容量配置方法，其中所述混合储能的容量配置模型为：
[0103][0104]
式中，ne为收益类型；n
t
为梯次储能系统的成本类型；nn为新电池储能系统的成本类型。
[0105]
前述一种梯次电池与新电池混合的储能系统容量配置方法，其中所述混合储能的约束条件为：
[0106]
1)充放电功率约束
[0107]
储能通过pcs与电网进行能量交换，任意时刻的功率都应该不超过pcs的额定功率。
[0108]
|p
t
|≤p
rate
(12)
[0109]
式中，p
t
为t时刻的储能出力功率；p
rate
为pcs的额定功率。
[0110]
2)充放电能量约束
[0111]
为保证储能正常运行，在一个充放电周期内应保持充放电能量相等，即
[0112]
ec×
η＝ed/η(13)
[0113]
式中，ec表示充电能量，ed表示放电能量，η为充放电效率。
[0114]
3)soc约束
[0115]
在储能运行过程中，其soc在[0,1]内，但在[0,1]内进行完整的循环会造成退役电池的寿命显著缩短，综合其寿命与能量利用率通常将soc限制在一定范围，实现寿命与能量利用率的双赢。
[0116]
soc
min
≤soc
t
≤soc
max
(14)
[0117]
式中，soc
min
、soc
max
分别为储能soc的上、下限；soc
t
为储能在第t时刻的soc。
[0118]
4)倍率约束
[0119]
对梯次电池的倍率约束为低于α1c。为推动梯次电池的规模化应用，考虑新电池在混合储能中充当功率型储能，对新电池的倍率约束为大于α2c。
[0120]
p
t,rate
≤α1e
t,rate
(15)
[0121]
p
n,rate
≥α2e
n,rate
(16)
[0122]
最优配置方案梯次电池储能日运行曲线和soc日曲线如图3所示，最优配置方案新电池储能日运行曲线和soc日曲线图4所示，配置混合电池储能后的负荷曲线图5所示。
[0123]
应当理解，所描述的实施例子仅是本技术一部分实施例子，而不是全部的实施例子。基于本技术中的实施例子，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所得到的技术方案，都属于本技术保护的范围。