多类型储能系统能量管理方法、系统、设备和存储介质与流程

1.本发明涉及智能电网、储能技术及能源互联网领域，具体涉及一种多类型储能系统能量管理方法、、系统、设备和存储介质。


背景技术：

2.当今世界，全球范围内的资源不断消耗，环境污染问题日益严峻，电动汽车市场销售量日益增长，给人们带来了电池的安全隐患问题和资源回收压力。由于电动汽车的动力电池在健康度为80％时就无法在电动汽车上安全使用，但仍有很大剩余价值可以放在其他场景继续运行，若退役动力电池采取常规的处理方式，如填埋、焚烧等，废旧电池中的有害金属或其他化合物将对土地、大气和水源造成极大污染和危害。
3.目前对蓄电池梯次利用的研究包括：退役动力电池的分拣回收、退役动力电池的状态评估、退役动力电池筛选重组、探索梯次电池的使用场景等。为了更好的融合入电力系统中，需结合不同储能技术的不同特点，将不同的储能介质通过功率电路进行结合，配合协调控制系统，形成多类型储能，可以提升储能系统的运行性能。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足，本发明目的是一种多类型储能系统能量管理方法、、系统、设备和存储介质，该方法达到了对退役动力电池进行细化分类并梯次利用，既可以充分发挥储能电池的剩余价值又能在一定程度上减少资源的浪费。
5.为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
6.一种多类型储能系统能量管理方法，包括以下步骤：
7.获取待跟踪的日前计划光伏发电功率与实际光伏发电出力功率的误差功率；
8.判断误差功率级别；所述误差功率级别包括小功率、普通功率与大功率；
9.若误差功率级别是小功率，则多类型储能系统的中任一组退役动力电池进行充电和放电过程；若否，则确定多类型储能系统的中退役动力电池中动作电池数量，并对动作电池进行充电和放电。
10.进一步的，判断误差功率级别包括以下步骤：误差功率小于等于单个pcs额定功率，称为小功率；误差功率大于单个pcs额定功率且小于80％多类型储能系统的总额定功率时，称为普通功率；误差功率大于等于80％多类型储能系统的额定功率时，称为大功率；
11.退役动力电池的充电模型如式(1-1)所示，退役动力电池的放电模型如式(1-2)所示：
12.p
ch_min
《p
ch
_(t)《p
ch_max
ꢀꢀꢀ
(1-1)
13.p
dh_min
《p
dh
_(t)《p
dh_max
ꢀꢀꢀ
(1-2)
14.式中，p
ch
_为退役动力电池组在第t时刻的充电功率，p
ch_min
为退役动力电池组的最小充电功率，p
ch_max
为退役动力电池组的最大充电功率；p
dh
_为电池组在t时刻的放电功率，p
dh_min
及p
dh_max
分别为退役动力电池的放电功率的最小与最大限值点。
15.进一步的，退役动力电池组在t时刻的剩余电量百分比为：
16.放电时：
[0017][0018]
充电时：
[0019][0020]
soc
min
《soci(t)《soc
max
ꢀꢀꢀ
(2-3)
[0021]
式中，eh为退役动力电池中电池组i在第t时段的充电量，eg为退役动力电池中电池组i在第t时段的放电量，s为退役动力电池中电池组i的额定容量，soci(t)为退役动力电池组中电池组i在t时刻的剩余电量百分比，soc
min
为退役动力电池中电池组i允许的最小的soc值，soc
max
为退役动力电池中电池组i允许的最大的soc值。
[0022]
进一步的，若误差功率级别是小功率，则多类型储能系统的中一组退役动力电池进行充电和放电过程中，退役动力电池充电过程电量约束为：
[0023]
e(t)＝(1-σ)e(t-1)-p
ess
(t)δtηhꢀꢀꢀ
(3-1)
[0024]
退役动力电池放电过程电量约束为：
[0025]
e(t)＝(1-σ)e(t-1)-p
ess
(t)δtηgꢀꢀꢀ
(3-2)
[0026]
退役动力电池充放电过程功率约束为：
[0027][0028][0029]
式中，e(t)为t时刻末该电池储能系统所剩余的电池容量；e(t-1)为t-1时刻末该电池储能系统所剩余的电池容量；p
ess
(t)为t时刻电池储能系统的充、放电功率值；σ为电池储能系统的自放电率；ηh为该电池储能系统的充电效率；ηg为该电池储能系统的放电效率；δt为计算窗口时长，为电池组i在第t时刻的放电功率，为电池组i的最小放电功率，分别为电池组i的最大放电功率；为电池组i在第t时刻的充电功率，为电池组i的最小充电功率，为电池组i的最大充电功率。
[0030]
进一步的，若否，则确定多类型储能系统的中退役动力电池中动作电池数量，并对电池组进行充电和放电，包括以下步骤：通过下式确定多类型储能系统的中退役动力电池中动作电池数量：
[0031][0032]
式中，n
pcsh
为多类型储能系统中将要动作的电池组数，p
wh
(t)为多类型储能系统需要跟踪的误差功率，p
pcsh
为pcs的额定功率。
[0033]
进一步的，若否，则确定多类型储能系统的中退役动力电池中动作电池数量，并对电池组进行充电和放电，包括以下步骤：电池组中电池充电的顺序按照充放电排序判据值的绝对值从大到小的顺序进行充电；电排序判据值通过下式计算：
[0034][0035][0036]
其中，κ为变参考值系数，δ1为充放电排序判据值；soci(t)为退役动力电池组中电池组i在t时刻的剩余电量百分比，soc
ref_
为电池组的soc参考值，sohi为电池组i健康状态；
[0037]
变参考值系数κ通过下式计算：
[0038][0039]
式中，pw(t)为多类型储能系统需要跟踪的误差功率。
[0040]
进一步的，若否，则确定多类型储能系统的中退役动力电池中动作电池数量，并对电池组进行充电和放电，包括以下步骤：满足电池组放电深度目标函数时对电池组进行充电和放电，电池组放电深度目标函数为：
[0041][0042]
式中，dodi(t)为电池组i在t时刻的电池放电深度，sohi为多类型储能系统中电池组i的健康度。
[0043]
一种多类型储能系统能量管理系统，包括：
[0044]
误差功率获取模块，用于获取待跟踪的日前计划光伏发电功率与实际光伏发电出力功率的误差功率；
[0045]
误差功率级别判断模块，用于判断误差功率级别，误差功率级别包括小功率、普通功率与大功率；
[0046]
充电和放电模块，用于若误差功率级别是小功率，则多类型储能系统的中一组退役动力电池进行充电和放电过程；若否，则确定多类型储能系统的中退役动力电池中动作电池数量，并对电池组进行充电和放电。
[0047]
一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的多类型储能系统能量管理方法。
[0048]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行如上所述的多类型储能系统能量管理方法。
[0049]
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
[0050]
本发明相比于能量均分策略，能够对健康度不佳的电池的dod(放电深度)加以限制，一定程度上可以有效延缓电池组寿命衰减。本发明方法达到了对退役动力电池进行细化分类并梯次利用，既可以充分发挥储能电池的剩余价值又能在一定程度上减少资源的浪费。
[0051]
进一步的，变参考值策略遵循“新电池深冲深放，旧电池浅充浅放”的充放电原则，对电池组进行充电和放电满足电池组放电深度目标函数，能够使各电池组根据自身soh(电
池健康度)自适应调整充放电深度和总充放电量，不但有利于延长电池组的使用寿命而且有利于提高电池组的工作性能。
附图说明
[0052]
图1为本发明提供的一种基于动力电池梯次利用的多类型储能系统能量管理方法的流程图。
[0053]
图2为基于梯次电池的多类型储能系统拓扑结构图。
[0054]
图3为动力电池梯次利用的充放电电池组数量确定流程图。
具体实施方式
[0055]
下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0056]
如图1所示，为本发明提供的一种基于动力电池梯次利用的多类型储能系统能量管理方法的流程图，一个完整的多类型储能系统(bess)应由若干多类型储能介质、汇流柜、总控柜、储能变流器(power conversion system,pcs)、变压器与汇流母线组成，其拓扑结构如图2所示，每个电池组经过汇流柜和总控柜链接至pcs，若干个pcs连接至低压变压器进行一次升压，若干个低压变压器再连接至高压变压器，低压侧进行二次升压接入不同的应用场景。如图3所示，当bess收到充电调度指令时首先对指令的功率误差信号进行判断，判断功率误差信号级别，再确定充放电电池组数量。通过pcs即储能变流器(power conversion system)可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。pcs控制器通过can接口与bms通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。
[0057]
参见图1，多类型储能系统能量管理方法，包括以下步骤：
[0058]
获取待跟踪的日前计划光伏发电功率与实际光伏发电出力功率的误差功率；
[0059]
判断误差功率级别；所述误差功率级别包括小功率、普通功率与大功率；
[0060]
判断误差功率级别的具体过程为：误差功率大小小于等于单个pcs额定功率，称为小功率；误差功率大小大于单个pcs额定功率但小于80％多类型储能系统的总额定功率时，称为普通功率；误差功率大小大于等于80％多类型储能系统的额定功率时，称为大功率；
[0061]
若误差功率是小功率，则多类型储能系统的中任意一组退役动力电池进行充电和放电过程，若否，则确定多类型储能系统的中退役动力电池中动作电池数量，并对电池组进行充电和放电。
[0062]
其中，退役动力电池的充电模型如式(1-1)所示，退役动力电池的放电模型如式(1-2)所示：
[0063]
p
ch_min
《p
ch
_(t)《p
ch_max
ꢀꢀꢀ
(1-1)
[0064]
p
dh_min
《p
dh
_(t)《p
dh_max
ꢀꢀꢀ
(1-2)
[0065]
式中，p
ch
_为退役动力电池组在第t时刻的充电功率，p
ch_min
为退役动力电池组的最小充电功率，p
ch_max
为退役动力电池组的最大充电功率；p
dh
_为电池组在t时刻的放电功率，p
dh_min
及p
dh_max
分别为退役动力电池的放电功率的最小与最大限值点。
[0066]
退役动力电池组在t时刻的剩余电量百分比为：
[0067]
放电：
[0068][0069]
充电：
[0070][0071]
soc
min
《soci(t)《soc
max
ꢀꢀꢀ
(2-3)
[0072]
式中，eh为退役动力电池中电池组i在第t时段的充电量，eg为退役动力电池中电池组i在第t时段的放电量，s为退役动力电池中电池组i的额定容量，soci(t)为退役动力电池组中电池组i在t时刻的剩余电量百分比，soc
min
为退役动力电池中电池组i允许的最小的soc值，soc
max
为退役动力电池中电池组i允许的最大的soc值；
[0073]
退役动力电池充电过程电量约束：
[0074]
e(t)＝(1-σ)e(t-1)-p
ess
(t)δtηhꢀꢀꢀ
(3-1)
[0075]
退役动力电池放电过程电量约束：
[0076]
e(t)＝(1-σ)e(t-1)-p
ess
(t)δtηgꢀꢀꢀ
(3-2)
[0077]
退役动力电池充放电过程功率约束：
[0078][0079][0080]
式中，e(t)为t时刻末该电池储能系统所剩余的电池容量(mwmin)；e(t-1)为t-1时刻末该电池储能系统所剩余的电池容量(mwmin)；p
ess
(t)为t时刻电池储能系统的充、放电功率值；σ为电池储能系统的自放电率(min)；ηh为该电池储能系统的充电效率；ηg为该电池储能系统的放电效率；δt为计算窗口时长(min)，为电池组i在第t时刻的放电功率，为电池组i的最小放电功率，分别为电池组i的最大放电功率；为电池组i在第t时刻的充电功率，为电池组i的最小充电功率，为电池组i的最大充电功率。
[0081]
电池储能系统剩余的容量限制e(t)为：
[0082]emin
≤e(t)≤e
max
ꢀꢀꢀ
(4-1)
[0083]
式中，e
min
为电池储能系统最小容量限制(mwh)，e
max
为电池储能系统最大容量限制(mwh)。
[0084]
电池组充放电功率与soc变化约束：
[0085]
[0086][0087]
式中，分别为电池组i在第t时刻充放电量，si为电池组i额定容量，t为将一小时划分的时段数。
[0088]
当多类型储能系统接收到调度指令时，多类型储能系统需要首先确定即将动作的电池个数，具体的，通过下式确定多类型储能系统的中退役动力电池中动作电池数量；
[0089][0090]
式中，n
pcsh
为多类型储能系统中将要动作的电池组数，p
wh
(t)为多类型储能系统需要跟踪的误差功率，p
pcsh
为pcs的额定功率，此公式为向上取整的公式。
[0091]
其中，若确定的多类型储能系统的中退役动力电池中动作电池数量超过电池组数最大值，则动作电池为全部电池组数，即此刻动作电池为n＝n
max
，n
max
为电池组数最大值；若确定的多类型储能系统的中退役动力电池中动作电池数量没有超过电池组数最大值，则动作电池数量为通过上式计算得到的数量，即此刻动作电池组数n＝n
pcsh
。
[0092]
为了延长电池的使用寿命且使soh较低的电池组保持在较高的soc水平，本发明建立了常参数与变参考值的电池组充放电优先级判据。
[0093]
通过多类型储能系统中将要动作的电池组数的优先级后，起动电池；
[0094]
常参数法：
[0095]
δ＝soci(t)-soc
iadc
ꢀꢀꢀ
(7-1)
[0096][0097]
其中，soci(t)为多类型储能系统中电池组i在t时刻的soc，soc
ref_
为电池组的soc参考值，δ为常参数充放电排序判据值，soc
iadc
为电池组i的考虑该电池soh的参考值，sohi为电池组i健康状态。δ的绝对值越大，越优先充放电。
[0098]
变参数法：
[0099]
由于各电池组的充电和放电优先级排序判据是相同的，这样就造成了在一个工作时段内各电池组总充/放电量是相同的。为此针对上述常参考值判据进行进一步完善，电池组中电池充电的顺序按照充放电排序判据值的绝对值从大到小的顺序进行充电；电排序判据值通过下式计算：
[0100][0101][0102]
其中，κ为变参考值系数，δ1为变参数，充放电排序判据值，δ1的绝对值越大，越优先充放电。
[0103]
变参考值系数κ满足以下式子：
[0104][0105]
式中，pw(t)为多类型储能系统需要跟踪的误差功率。
[0106]
按照确定的优先级，启动电池组充放电，电池组充放电满足如下所示的电池组放电深度目标函数：
[0107][0108]
式中，dodi(t)为电池组i在t时刻的电池放电深度，sohi为多类型储能系统中电池组i的健康度。
[0109]
多类型储能系统总充放电功率约束：
[0110][0111]
一种多类型储能系统能量管理系统，包括：
[0112]
功率误差信号获取模块，用于获取功率误差信号；
[0113]
误差功率获取模块，用于获取待跟踪的日前计划光伏发电功率与实际光伏发电出力功率的误差功率；
[0114]
误差功率级别判断模块，用于判断误差功率级别，误差功率级别包括小功率、普通功率与大功率；
[0115]
充电和放电模块，用于若误差功率级别是小功率，则多类型储能系统的中一组退役动力电池进行充电和放电过程；若否，则确定多类型储能系统的中退役动力电池中动作电池数量，并对电池组进行充电和放电。
[0116]
一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的多类型储能系统能量管理方法。
[0117]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行如上所述的多类型储能系统能量管理方法。
[0118]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0119]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0120]
本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、元件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由
通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
[0121]
在本发明中，“模块”、“装置”、“系统”等指应用于计算机的相关实体，如硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件等。详细地说，例如，元件可以、但不限于是运行于处理器的过程、处理器、对象、可执行元件、执行线程、程序和/或计算机。还有，运行于服务器上的应用程序或脚本程序、服务器都可以是元件。一个或多个元件可在执行的过程和/或线程中，并且元件可以在一台计算机上本地化和/或分布在两台或多台计算机之间，并可以由各种计算机可读介质运行。元件还可以根据具有一个或多个数据包的信号，例如，来自一个与本地系统、分布式系统中另一元件交互的，和/或在因特网的网络通过信号与其它系统交互的数据的信号通过本地和/或远程过程来进行通信。
[0122]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0123]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0124]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0125]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0126]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0127]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。