一种储能电站安全评估方法与流程

1.本发明涉及电力技术领域，公开了一种储能电站安全评估方法。


背景技术：

2.大容量储能技术可以促进新能源消纳，平滑风电/光伏处力，实现电网调峰、调频、黑启动等应用需求，有效降低用电成本。其中电化学储能凭借其能量密度大、综合效率高、不受地理环境限制等优点，成为现阶段广泛采用的大容量储能技术。随着电化学储能电站的不断投运，其安全问题逐渐突出，严重制约了电化学储能的发展。开展储能电站安全问题的研究对于促进储能电站的持续、健康发展具有重要现实意义。
3.储能电站安全问题不仅仅是电池本体的安全问题，而且与储能电站设计及运维和消防技术等因素密不可分，应从多方面综合考虑。储能电站安全的评估分析是确保储能电站安全稳定工作中的一项重要环节，然而现有的评估体系对储能电站刻画不够全面，往往仅从电池本体的安全角度进行风险评估，对储能电站的安全性及其安全评估并未进行深入研究与考虑。
4.因此，需要一种可以综合考虑储能电站各方面安全指标的评估体系和评估方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种储能电站安全评估方法，以提高安全评估结果的可靠性和准确性。
6.为了实现上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：一种储能电站安全评估方法，包括以下步骤：s1. 建立储能电站安全评估指标体系；s2. 根据步骤s1建立的安全评估指标体系，利用改进层次分析法计算各层指标的权重；s3. 根据步骤s1建立的安全评估指标体系和步骤s2计算得到的指标权重，对方案进行评估；s4. 对计算结果进行分析，指导储能电站的建设和改建。
7.步骤s1所述的储能电站安全评估指标体系包括电池运行工况、可靠性指标、运行环境和安全监控保护系统这四个一级评价指标；电池运行工况指标包括电池电压极差、电池温度极差、soe极差、soc和soh五个二级指标；可靠性指标包括储能电站计划停运系数、储能电站非计划停运系数、储能电站可用系数、储能电站利用系数、储能单元电池失效率和储能单元电池簇相对故障次数六个二级指标；运行环境指标包括温度、湿度、通风性和粉尘含量四个二级指标；安全监控保护系统指标包括电池管理系统、安全联动系统、防雷及接地保护系统、消防系统和气体监测系统五个二级指标。
8.所述的电池电压极差指标的计算公式为：;
式中，为电池电压极差；为同一模组单体电池电压的最大值；为单体电池电压的最小值；所述的电池温度极差指标的计算公式为：;式中，为电池温度极差；为同一模组单体电池温度的最大值；为单体电池温度的最小值；所述的soe极差指标的计算公式为：;式中，为soe极差；为同一电池簇中不同电池模块剩余电量的最大值；为电池模块剩余电量的最小值；所述的soc指标的计算公式为：;式中，为电池按照恒定的电流进行放电时的最大放电容量；为在一段时间里，标准的放电电流下电池所释放的能量；所述的soh指标的计算公式为：;式中，为电池当前测量容量；为电池额定容量；所述的储能电站计划停运系数指标的计算公式为：;式中，pof为储能电站计划停运系数；poh为评价周期内计划停运小时数；ph为评价周期内统计时间小时数；所述的储能电站非计划停运系数指标的计算公式为：;式中，uof为储能电站非计划停运系数；uoh为评价周期内非计划停运小时数；ph为评价周期内统计时间小时数；所述的储能电站可用系数指标的计算公式为：;式中，af为储能电站可用系数；ah为评价周期内可用小时数；ph为评价周期内统计时间小时数；所述的储能电站利用系数指标的计算公式为：
;式中，utf为储能电站利用系数；uth为评价周期内运行小时数；ph为评价周期内统计时间小时数；所述的储能单元电池失效率指标的计算公式为：;式中，irb为电池失效率；nib为评价周期内失效的电池单体数量；nb为电储能单元电池单体总数；所述的储能单元电池簇相对故障次数指标的计算公式为：;式中，rtop为储能单元电池簇相对故障次数；ftop为电池簇故障次数；bpn为单元中总的电池簇数量。
9.步骤s2所述的利用改进层次分析法计算各层指标的权重，具体包括：对于同一层次的评估指标关于上一层次某指标的重要性两两比较，构造两两比较矩阵即判断矩阵；将判断矩阵最大特征值对应的特征向量进行归一化处理，以此作为指标权重向量；对判断矩阵进行一致性检验，检验通过权重才能使用；一致性检验不通过时，修改判断矩阵，直至能通过检验。
10.步骤s2所述的利用改进层次分析法计算各层指标的权重，具体包括以下步骤：a. 将储能电站安全评估指标体系中的4个一级指标作为准则层；将20个二级指标作为指标层；b. 对于同一层次的评估指标关于上一层次某指标的重要性两两比较，依据改进指数标度法，构造各层指标判断矩阵，具体为：;;
式中，为同一层次评估指标i与指标j重要性程度的标度值；为评估指标的个数，且，；c. 对步骤b所述的判断矩阵a进行一致性检验：计算一致性指标;式中，n为评估指标的个数；为判断矩阵a的最大特征值；计算一致性比例，其中ri为指数标度对应的平均随机一致性检验指标，其具体取值为：；当cr小于设定的阈值时，判断矩阵通过一致性检验；当cr不小于设定的阈值时，判断矩阵未通过一致性检验，需要重新构造判断矩阵，直至通过一致性检验；d. 判断矩阵a通过一致性检验后，其最大特征值对应的特征向量u的表达式为：；各评估指标的权重系数的计算公式为：；式中，为u的第i个元素；为第i个评估指标的权重系数。
11.步骤s3所述的根据步骤s1建立的安全评估指标体系和步骤s2计算得到的指标权重，利用逼近理想解排序法对储能方案进行风险评估。
12.步骤s3所述的根据步骤s1建立的安全评估指标体系和步骤s2计算得到的指标权重，利用逼近理想解排序法对储能方案进行风险评估，具体包括以下步骤：（1）将所有的评估指标转化为极大型指标，得到正向化决策矩阵，具体为：；式中，为储能方案i关于指标j的数值；m为储能方案的个数，n为评估指标的个数，且，；（2）对步骤（1）得到的正向化决策矩阵进行标准化处理，得到标准化决策矩阵
，消除各项评估指标的单位量纲的影响，标准化处理的计算公式为：;式中，为正向、标准化后储能方案i关于指标j的数值；m为储能方案的个数，n为评估指标的个数，且，；（3）根据步骤（2）得到的正向标准化矩阵z，计算每个评估指标的正理想解和负理想解，计算公式为：;;计算每个储能方案到正理想解的距离和每个储能方案到负理想解的距离，计算公式为：;;式中，为第j个评估指标的权重系数，且，；（4）计算每个储能方案安全评估的得分，计算公式为：；式中，为第i个储能方案的安全评估得分，且。
13.步骤s4所述的对计算结果进行分析，指导储能电站的建设和改建，具体为：根据每个储能方案的安全评估得分的大小，对i个储能方案排序；安全评估得分越高，表明储能电站的安全性能越好。
14.本发明具有以下有益效果：本发明的目的是提供一种储能电站安全评估方法，为准确评估储能电站的安全风险提供技术方案。该发明采用基于指数标度的改进层次分析法，提高了指标权重的精确性；综合考虑了储能电站的电池运行工况、可靠性指标、运行环境和安全监控保护系统这四个方面，能够对储能电站的安全运行进行全面有效地评估。
附图说明
15.图1为本发明的一种储能电站安全评估方法的流程图。
16.图2为本发明的一种储能电站安全评估指标体系图。
具体实施方式
17.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、完整地说明，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。
18.如图1所示为一种储能电站安全评估方法的流程图，评估方法具体包括以下步骤：s1. 建立储能电站安全评估指标体系；如图2所示，安全评估指标体系包括电池运行工况、可靠性指标、运行环境和安全监控保护系统这四个一级评价指标；电池运行工况指标包括电池电压极差、电池温度极差、soe极差、soc和soh五个二级指标；可靠性指标包括储能电站计划停运系数、储能电站非计划停运系数、储能电站可用系数、储能电站利用系数、储能单元电池失效率和储能单元电池簇相对故障次数六个二级指标；运行环境指标包括温度、湿度、通风性和粉尘含量四个二级指标；安全监控保护系统指标包括电池管理系统、安全联动系统、防雷及接地保护系统、消防系统和气体监测系统五个二级指标。
19.所述的电池电压极差指标的计算公式为：;式中，为电池电压极差；为同一模组单体电池电压的最大值；为单体电池电压的最小值；所述的电池温度极差指标的计算公式为：;式中，为电池温度极差；为同一模组单体电池温度的最大值；为单体电池温度的最小值；所述的soe极差指标的计算公式为：;式中，为soe极差；为同一电池簇中不同电池模块剩余电量的最大值；为电池模块剩余电量的最小值；所述的soc指标的计算公式为：;式中，为电池按照恒定的电流进行放电时的最大放电容量；为在一段时间里，标准的放电电流下电池所释放的能量；所述的soh指标的计算公式为：;
式中，为电池当前测量容量；为电池额定容量；所述的储能电站计划停运系数指标的计算公式为：;式中，pof为储能电站计划停运系数；poh为评价周期内计划停运小时数；ph为评价周期内统计时间小时数；所述的储能电站非计划停运系数指标的计算公式为：;式中，uof为储能电站非计划停运系数；uoh为评价周期内非计划停运小时数；ph为评价周期内统计时间小时数；所述的储能电站可用系数指标的计算公式为：;式中，af为储能电站可用系数；ah为评价周期内可用小时数；ph为评价周期内统计时间小时数；所述的储能电站利用系数指标的计算公式为：;式中，utf为储能电站利用系数；uth为评价周期内运行小时数；ph为评价周期内统计时间小时数；所述的储能单元电池失效率指标的计算公式为：;式中，irb为电池失效率；nib为评价周期内失效的电池单体数量；nb为电储能单元电池单体总数；所述的储能单元电池簇相对故障次数指标的计算公式为：;式中，rtop为储能单元电池簇相对故障次数；ftop为电池簇故障次数；bpn为单元中总的电池簇数量。
20.s2. 根据步骤s1建立的安全评估指标体系，利用改进层次分析法计算各层指标的权重，具体包括：对于同一层次的评估指标关于上一层次某指标的重要性两两比较，构造两两比较矩阵即判断矩阵；将判断矩阵最大特征值对应的特征向量进行归一化处理，以此作为指标权重向量；对判断矩阵进行一致性检验，检验通过权重才能使用；一致性检验不通过时，修改
判断矩阵，直至能通过检验。
21.利用改进层次分析法计算各层指标的权重，具体包括以下步骤：a. 将储能电站安全评估指标体系中的4个一级指标作为准则层；将20个二级指标作为指标层；b. 对于同一层次的评估指标关于上一层次某指标的重要性两两比较，依据改进指数标度法，构造各层指标判断矩阵，具体为：;;式中，为同一层次评估指标i与指标j重要性程度的标度值；为评估指标的个数，且，；c. 对步骤b所述的判断矩阵a进行一致性检验：计算一致性指标;式中，n为评估指标的个数；为判断矩阵a的最大特征值；计算一致性比例，其中ri为指数标度对应的平均随机一致性检验指标，其具体取值为：；当cr小于设定的阈值时，判断矩阵通过一致性检验；当cr不小于设定的阈值时，判断矩阵未通过一致性检验，需要重新构造判断矩阵，直至通过一致性检验；d. 判断矩阵a通过一致性检验后，其最大特征值对应的特征向量u的表达式为：；各评估指标的权重系数的计算公式为：
；式中，为u的第i个元素；为第i个评估指标的权重系数。
22.s3. 根据步骤s1建立的安全评估指标体系和步骤s2计算得到的指标权重，利用逼近理想解排序法对方案进行评估；具体包括以下步骤：（1）将所有的评估指标转化为极大型指标，得到正向化决策矩阵，具体为：；式中，为储能方案i关于指标j的数值；m为储能方案的个数，n为评估指标的个数，且，；（2）对步骤（1）得到的正向化决策矩阵进行标准化处理，得到标准化决策矩阵，消除各项评估指标的单位量纲的影响，标准化处理的计算公式为：;式中，为正向、标准化后储能方案i关于指标j的数值；m为储能方案的个数，n为评估指标的个数，且，；（3）根据步骤（2）得到的正向标准化矩阵z，计算每个评估指标的正理想解和负理想解，计算公式为：;;计算每个储能方案到正理想解的距离和每个储能方案到负理想解的距离，计算公式为：;;
式中，为第j个评估指标的权重系数，且，；（4）计算每个储能方案安全评估的得分，计算公式为：；式中，为第i个储能方案的安全评估得分，且。
23.（5）根据每个储能方案的安全评估得分的大小，对i个储能方案排序：安全评估得分越高的方案，安全性能越好。
24.s4. 对计算结果进行分析，指导储能电站的建设和改建。
25.根据每个储能方案的安全评估得分的大小，对i个储能方案排序；安全评估得分越高，表明储能电站的安全性能越好。