一种电化学储能电站故障场景重构方法与流程

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1.本专利涉及新能源技术领域，具体涉及一种电化学储能电站故障场景重构方法。
技术背景：
2.目前，电化学储能电站常以电池集装箱的形式组合形成，在系统组装过程中不同时间节点，均需要对电池集装箱并入电化学储能电站的暂态故障预警设备及控制系统进行多次人为调试，人为调试难以构建故障模拟场景且受限于检测技术，容易导致电化学储能电站故障测试调试不完整、测试耗时长，易导致电化学储能电站运行安全性问题，且增大投运成本。且目前的机器调试故障数据库编码差异较大、故障测试选取尚未有明确规范、故障运行场景单一等问题。


技术实现要素：

3.本发明提出一种电化学储能电站故障场景重构方法，具体技术方案如下：
4.一种电化学储能电站故障场景重构方法，包括如下过程：
5.步骤1：连接电化学储能电站控制中心平台、故障模拟控制软件及半实物仿真模型；
6.其中，控制中心平台包括：储能集装箱能量管理系统、功率变换系统、以太网通讯接口、信号转接器以及运行信息采集装置；
7.故障模拟控制软件包含：信号显卡控制程序、故障数据库、“电-热”故障数据采集模块、信息归纳分类模块、信息发送及接收装置及ui操作界面；
8.半实物仿真模型主体是基于dsatools仿真平台构建电化学储能电站半实物模型，用于发送运行故障信息或接收测试控制指令，还包括：故障定位系统、电参数采样系统、热数据采样系统；
9.步骤2：构建电化学储能电站“电-热”故障数据库，通过人工运行维护经验以及继电保护设备采集储能电站“电-热”故障信息；
10.步骤3：将采集得来的数据信息进行预处理，对不同类型信号数据按照自定义编码格式、标志码类别、各数据位代表的信号含义及故障位置信息，按照故障信息多维立体分解判断气体是否异常排放，声感、烟感、温感装置感应变化情况，“电池簇-电池舱-电站”三级电化学参量变化情况，采用具备在线学习能力的平移优化算法对故障发生位置、故障装置、故障影响、以及故障参量等参数进行标签化编码处理并载入数据库中；
11.步骤4：针对故障进行分类描述、存储包含储能电站运行场景及故障位置典型故障信息，根据故障影响程度综合采用层次分析法和模糊策略将数据库中故障危险等级分为1～10级，故障数据库建立完成；由此建立包含储能电站各种故障及其所对应的相关描述和定义的数据库；数据库中包含电池簇故障数据库、电池舱故障数据库与储能电站母线故障数据库，每部分数据库包含数据管理、数据调用与数据存储功能；
12.步骤5，将电化学储能电站运行场景重构要素分为环境因素和测试因素两部分，并
据此对场景重构参数及约束条件进行规范设置；
13.步骤6：电化学储能电站故障场景重构；采用适应度评价函数反映与同一集合中其他故障场景的差异程度，并构建出相应故障场景，具体如下：
14.构建故障场景s，包含o1，o2，
…on
个均遵循独立运行的设备主体，对应运行方式为m1，m2，
…mn
，且故障场景下各主体运行方式随时间进行切换，则故障场景s矩阵表达式为：
[0015][0016]
其中，t
i,j
为对应设备在i与j时刻的运行方式切换；
[0017]
将每个故障场景s影响因素的传递解码过程看作不确定因素的故障场景组合，计算各生成故障场景间的差异，根据故障场景对故障集多样性的贡献分配适应度值，基于故障场景构建前的解x和场景s的客观结果分配每个故障场景的影响值：
[0018][0019]
其中，i为目标指数；基于每个i计算集合中所有s的后，对生成故障场景的多样性情况可以通过各故障场景的几何距离cds进行分析排序，相邻场景间几何分布距离计算公式可以表示为：
[0020][0021]
其中，为对于目标i在集合中的排名位置，排序组合完成后，依据各故障场景间几何分布间距排除排名靠后的故障场景，组合形成新的包含故障影响因素的故障场景集ω；
[0022]
步骤6：电化学储能电站故障测试过程中，待测信号包含储能电站直流母线信号、并网母线信号、储能集装箱及电池簇状态信号以及总线信号，需要针对故障信号类型提供模拟测试环境，构建运行环境与接口响应映射矩阵，确定接口激励与工作状态；
[0023]
步骤7：故障模拟控制软件控制信号激励/采集模块对已编码的数据库中不同类型的信号进行采集，信号采集板卡包括：采集回路波动电流信号、电压信号以及频率信号的电信号采集板卡，采集电池集装箱体内声感、烟感以及温感信号的传感信号采集板卡；通过信号中转装置将信号解析处理并发送至储能电站控制中心平台，由控制单元发送指令以进行储能电站故障测试系统与电网系统的模拟故障联合调试运行；
[0024]
步骤8：单项故障场景测试程序完成后，由信号激励和采集模块再次对储能电站运行信息及各子系统运行测试信号进行采集与解析，包括：电池soc\soh、功率充放数据以及电压波动率这些电信号，电池舱内温度、湿度以及噪声强度这些传感信号，pcs能量管理信号，agc控制信号；最后将测试信号结果保存至数据库，基于故障场景重构依次继续进行下一项储能电站故障测试；
[0025]
步骤9：故障场景集合ω中各项故障测试项目完成后，逐个显示于主控软件平台ui界面，对故障信号造成的信号波动影响及故障切除情况进行图像数值分析，完成系统联调
测试。
[0026]
此测试方法能够在电化学储能电站部分安装情况下，通过智能在线学习方法合理配置故障测试方案，通过故障模拟联调仿真系统，采用场景重构方法，对电化学储能电站并/离网运行模式自动进行故障模拟和虚拟仿真调试，将有效提高电化学储能电站故障检测效率及运维可靠性，降低运维成本。
附图说明：
[0027]
图1是实施例中电化学储能电站故障场景测试连接图。
[0028]
图2是实施例中电化学储能故障数据库构建图。
[0029]
图3是实施例中电化学储能电站故障测试场景构成要素图。
[0030]
图4电化学储能电站故障场景重构测试流程图。
具体实施方式：
[0031]
实施例：
[0032]
一种电化学储能电站故障场景重构方法，包括如下过程：
[0033]
步骤1：连接电化学储能电站控制中心平台、故障模拟控制软件及半实物仿真模型，如图1所示；
[0034]
其中，控制中心平台包括：储能集装箱能量管理系统、功率变换系统、以太网通讯接口、信号转接器以及运行信息采集装置；
[0035]
故障模拟控制软件包含：信号显卡控制程序、故障数据库、“电-热”故障数据采集模块、信息归纳分类模块、信息发送及接收装置及ui操作界面；
[0036]
半实物仿真模型主体是基于dsatools仿真平台构建电化学储能电站半实物模型，用于发送运行故障信息或接收测试控制指令，还包括：故障定位系统、电参数采样系统、热数据采样系统；
[0037]
步骤2：构建电化学储能电站“电-热”故障数据库，如图2所示，通过人工运行维护经验以及继电保护设备采集储能电站“电-热”故障信息；
[0038]
步骤3：将采集得来的数据信息进行预处理，对不同类型信号数据按照自定义编码格式、标志码类别、各数据位代表的信号含义及故障位置信息，按照故障信息多维立体分解判断气体是否异常排放，声感、烟感、温感装置感应变化情况，“电池簇-电池舱-电站”三级电化学参量变化情况，采用具备在线学习能力的平移优化算法对故障发生位置、故障装置、故障影响、以及故障参量等参数进行标签化编码处理并载入数据库中；
[0039]
步骤4：针对故障进行分类描述、存储包含储能电站运行场景及故障位置典型故障信息，根据故障影响程度综合采用层次分析法和模糊策略将数据库中故障危险等级分为1～10级，故障数据库建立完成，便于之后调取故障相关信息；由此建立包含储能电站各种故障及其所对应的相关描述和定义的数据库；数据库中包含电池簇故障数据库、电池舱故障数据库与储能电站母线故障数据库，每部分数据库包含数据管理、数据调用与数据存储功能；数据库还包括：各种故障所对应的操作处理方法，故障重构系统、储能电站控制系统模型与故障模型仿真信号，在实际总装测试过程中可利用所建数据库实现不同储能电站控制系统虚拟重构故障测试；
[0040]
步骤5：将电化学储能电站运行场景重构要素分为环境因素和测试因素两部分，如图3所示，并据此对场景重构参数及约束条件进行规范设置；
[0041]
步骤6：电化学储能电站故障场景重构，如图4所示；故障生成场景是各种不确定性可能结果的组合，故障场景生成目标是在有限次迭代后获得一个包含尽可能不同故障场景的总体；采用适应度评价函数反映与同一集合中其他故障场景的差异程度，并构建出相应故障场景；具体如下：
[0042]
构建故障场景s，包含o1，o2，
…on
个均遵循独立运行的设备主体，对应运行方式为m1，m2，
…mn
，且故障场景下各主体运行方式随时间进行切换，则故障场景s矩阵表达式为：
[0043][0044]
其中，t
i,j
为对应设备在i与j时刻的运行方式切换；
[0045]
将每个故障场景s影响因素的传递解码过程看作不确定因素的故障场景组合，计算各生成故障场景间的差异，根据故障场景对故障集多样性的贡献分配适应度值，基于故障场景构建前的解x和场景s的客观结果分配每个故障场景的影响值：
[0046][0047]
其中，i为目标指数；基于每个i计算集合中所有s的后，对生成故障场景的多样性情况可以通过各故障场景的几何距离cds进行分析排序，相邻场景间几何分布距离计算公式可以表示为：
[0048][0049]
其中，为对于目标i在集合中的排名位置，排序组合完成后，依据各故障场景间几何分布间距排除排名靠后的故障场景，组合形成新的包含故障影响因素的故障场景集ω；
[0050]
步骤7：电化学储能电站故障测试过程中，待测信号包含储能电站直流母线信号、并网母线信号、储能集装箱及电池簇状态信号以及总线信号，需要针对故障信号类型提供模拟测试环境，构建运行环境与接口响应映射矩阵，确定接口激励与工作状态；具体过程包括：
[0051]
步骤7.1：输入电池单体、电池集装箱和储能电站相关参数；
[0052]
步骤7.2：选择电站运行模式并进行性能测试；
[0053]
步骤7.3：构建映射矩阵及测试数据存储单元；
[0054]
步骤7.4：判断是否具备故障模拟条件，具备转步骤6.11，否则转步骤6.5；
[0055]
步骤7.5：在联供系统下进行常规运行模拟；
[0056]
步骤7.6：将电站运行模式等环境采集参量和仿真数据保存至数据存储单元；
[0057]
步骤7.7：判断是否满足终止条件，满足则直接结束，否则转步骤6.2；
[0058]
步骤7.11：选取故障类别及故障节点；
[0059]
步骤7.12：读取电化学储能电站故障数据库；
[0060]
步骤7.13：根据故障影响等级提取必测故障类别及抽测故障类别，生成本次重构场景集ω；
[0061]
步骤7.14：逐一运行场景集ω中的故障类别，采集储能电站内母线电气量数据及各集装箱运行数据；
[0062]
步骤7.15：计算母线电压和频率的最大波动率，相应装置的运行温度、输出功率等参数；
[0063]
步骤7.16：软件控制中心采样并分析故障数据，下达对应故障切除指令信息；
[0064]
步骤7.17：判断场景集ω中是否全部运行完毕，完毕则转步骤6.6；否则转步骤6.18；
[0065]
步骤7.18：更新储能电站运行场景环境因素；
[0066]
步骤7.19：更新储能电站运行场景测试因素；然后返回步骤6.14；
[0067]
步骤8：故障模拟控制软件控制信号激励/采集模块对已编码的数据库中不同类型的信号进行采集，信号采集板卡包括：采集回路波动电流信号、电压信号以及频率信号的电信号采集板卡，采集电池集装箱体内声感、烟感以及温感信号的传感信号采集板卡；通过信号中转装置将信号解析处理并发送至储能电站控制中心平台，由控制单元发送指令以进行储能电站故障测试系统与电网系统的模拟故障联合调试运行；
[0068]
步骤9：单项故障场景测试程序完成后，由信号激励和采集模块再次对储能电站运行信息及各子系统运行测试信号进行采集与解析，包括：电池soc\soh、功率充放数据以及电压波动率这些电信号，电池舱内温度、湿度以及噪声强度这些传感信号，pcs能量管理信号，agc控制信号；最后将测试信号结果保存至数据库，基于故障场景重构依次继续进行下一项储能电站故障测试；
[0069]
步骤10：故障场景集合ω中各项故障测试项目完成后，逐个显示于主控软件平台ui界面，对故障信号造成的信号波动影响及故障切除情况进行图像数值分析，完成系统联调测试。