储能电站双层协同均衡控制方法及系统与流程

本发明涉及储能电站均衡控制领域，特别是一种考虑soh和soc一致性的储能电站双层协同均衡控制方法及系统。

背景技术：

由于储能电站由多个储能单元组成，随着运行时间的延长，不同储能单元的一致性越发显现出来，对整个储能电站的利用率和安全稳定影响较大。储能单元之间的soc(stateofcharge，荷电状态)不一致性会导致不同单元的最大利用时间存在差异，影响整个储能电站的效能，储能单元之间的soh(stateofhealth，健康状态)不一致性会导致不同单元的报废退役时间粗在差异，影响整个储能电站的运维效率。

目前的bms(batterymanagementsystem，电池管理系统)有关于一个储能单元内部电池单体的soc主动/被动均衡方法，提升内部电池单体的一致性，然而在储能电站级别，并没有相关的站内各储能单元的soh和soc协调均衡控制方法，无法从站级能量管理的角度实现储能电站各储能单元的安全稳定一致运行。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种考虑soh和soc一致性的储能电站双层协同均衡控制方法及系统，其利用采集储能单元的运行数据计算得到不同储能单元的soc限制值，通过建立储能电站均衡优化模型，优化得到最优的储能单元充放电功率，用于储能电站的均衡运行，提升储能电站的运行效能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：储能电站双层协同均衡控制方法，其包括如下步骤：

s1、通过bms采集储能电站中各储能单元的soh值，计算各储能单元之间soh的方差值；

s2、得到各储能单元的dod值：如果soh的方差值大于最大限制值，计算每个储能单元的dod值；如果soh的方差值不大于最大限制值，则将每个储能单元的dod值设置为最大soh的储能单元的dod值；

s3、对步骤s2中得到的各储能单元dod值，利用其计算获得各储能单元的soc上、下限，并建立储能电站的均衡控制优化模型；

s4、利用步骤s3中建立的均衡控制优化模型，优化计算得到各储能单元的最优充放电功率，用于储能电站的均衡运行。

进一步地，在步骤s1中，所述各储能单元之间soh的方差值，其计算方法如下：在t时刻，采集bms中的各储能单元soh值，利用下式计算得到各储能单元之间soh方差值δ：

其中，n为总的储能单元数量，sohi代表第i个储能单元的soh值，sohavg为所有储能单元的平均值。

进一步地，在步骤s2中，所述各储能单元的dod值，其计算步骤为：

1)如果soh方差值δ>δm，其中δm为最大限制值，则利用如下计算方法计算得到每个储能单元的dod值，否则进入2)中；

储能循环寿命与dod值之间的关系用下式表示：

ctot>adod^-b,a>0,b>0

其中，ctot为储能到寿命结束总的循环寿命，a、b为通过测试数据拟合获得的参数；为简化分析，假设每个充放电循环引起的soh衰减相同，则得到当前soh和dod值下已损失的循环寿命ccur：

其中，soh为ctot个循环结束后储能的soh下限；

因此得到当前soh下储能的剩余循环寿命crem为：

为提升储能电站的运维效率，让各储能单元剩余循环寿命趋向均衡：

c1,rem＝c2,rem＝…＝ci,rem＝…＝cn,rem

其中，ci,rem为第i个储能单元的剩余寿命，令各储能单元的剩余寿命等于最大soh值的储能单元剩余寿命，假设第j个储能单元的soh值最大，且其dod值为则令：

计算得到各储能单元的dod值如下：

2)如果δ≤δm，每个储能单元的dod值设置为最大soh的储能单元的dod值。

进一步地，在步骤s3中，所述各储能单元的soc上、下限，其计算方法为：

式中，soci分别为储能单元的soc上、下限。

进一步地，在步骤s3中，所述储能电站的均衡控制优化模型，其建立方法如下：

1)目标函数的建立

通过在步骤s1和s2中通过计算获得各储能单元的dod值，考虑到在储能电站运行过程中，会因为soc的不一致性导致储能电站的利用率和调度响应精度出现问题，因此目标函数设置为各储能单元之间的soc一致性：

其中，代表第i个储能单元在t+1时刻的soc值，通过下式计算得到：

其中，η为储能单元的充放电效率，为第i个储能单元在t时刻的充放电功率，ei是第i个储能单元的总容量，δt为优化时间步长，为在t时刻通过bms采集到的储能单元soc值；

考虑到储能单元的容量衰减，ei通过下式计算得到：

ei＝sohienorm

其中，enorm储能单元的初始最大可用容量；

2)约束条件的建立

等式约束条件为总功率约束，表明所有储能单元的功率指令之和等于储能电站的调度指令pdp：

不等式约束条件包括储能单元功率约束、功率变化率约束以及储能单元soc约束：

其中，pmax为储能单元的最大充放电功率，δprmax为储能单元在δt时间内的最大变化功率值。

进一步地，在步骤s4中，所述的优化计算得到各储能单元的最优充放电功率，其计算方法为：

根据步骤s3中建立的均衡控制优化模型，利用二次凸优化方法对均衡控制优化模型进行求解，得到每个储能单元的最优充放电功率，下发对应的充放电功率命令到各储能单元逆变器中，实现储能单元之间的协同均衡控制。

本发明采用的另一种技术方案为：储能电站双层协同均衡控制系统，其包括：

soh方差值计算单元，通过bms采集储能电站中各储能单元的soh值，计算各储能单元之间soh的方差值；

储能单元dod值计算单元，用于得到各储能单元的dod值：如果soh的方差值大于最大限制值，计算每个储能单元的dod值；如果soh的方差值不大于最大限制值，则将每个储能单元的dod值设置为最大soh的储能单元的dod值；

均衡控制优化模型建立单元，对储能单元dod值计算单元中得到的各储能单元dod值，利用其计算获得各储能单元的soc上、下限，并建立储能电站的均衡控制优化模型；

最优充放电功率优化计算单元，利用均衡控制优化模型建立单元中建立的均衡控制优化模型，优化计算得到各储能单元的最优充放电功率，用于储能电站的均衡运行。

进一步地，在soh方差值计算单元中，所述各储能单元之间soh的方差值，其计算方法如下：在t时刻，采集bms中的各储能单元soh值，利用下式计算得到各储能单元之间soh方差值δ：

其中，n为总的储能单元数量，sohi代表第i个储能单元的soh值，sohavg为所有储能单元的平均值。

进一步地，在储能单元dod值计算单元中，所述各储能单元的dod值，其计算步骤为：

1)如果soh方差值δ>δm，其中δm为最大限制值，则利用如下计算方法计算得到每个储能单元的dod值，否则进入2)中；

储能循环寿命与dod值之间的关系用下式表示：

ctot>adod^-b,a>0,b>0

其中，ctot为储能到寿命结束总的循环寿命，a、b为通过测试数据拟合获得的参数；为简化分析，假设每个充放电循环引起的soh衰减相同，则得到当前soh和dod值下已损失的循环寿命ccur：

其中，soh为ctot个循环结束后储能的soh下限；

因此得到当前soh下储能的剩余循环寿命crem为：

为提升储能电站的运维效率，让各储能单元剩余循环寿命趋向均衡：

c1,rem＝c2,rem＝…＝ci,rem＝…＝cn,rem

其中，ci,rem为第i个储能单元的剩余寿命，令各储能单元的剩余寿命等于最大soh值的储能单元剩余寿命，假设第j个储能单元的soh值最大，且其dod值为则令：

计算得到各储能单元的dod值如下：

2)如果δ≤δm，每个储能单元的dod值设置为最大soh的储能单元的dod值。

进一步地，在均衡控制优化模型建立单元中，所述各储能单元的soc上、下限，其计算方法为：

式中，soci分别为储能单元的soc上、下限；

所述储能电站的均衡控制优化模型，其建立方法如下：

1)目标函数的建立

通过在soh方差值计算单元和储能单元dod值计算单元中通过计算获得各储能单元的dod值，考虑到在储能电站运行过程中，会因为soc的不一致性导致储能电站的利用率和调度响应精度出现问题，因此目标函数设置为各储能单元之间的soc一致性：

其中，代表第i个储能单元在t+1时刻的soc值，通过下式计算得到：

其中，η为储能单元的充放电效率，为第i个储能单元在t时刻的充放电功率，ei是第i个储能单元的总容量，δt为优化时间步长，为在t时刻通过bms采集到的储能单元soc值；

考虑到储能单元的容量衰减，ei通过下式计算得到：

ei＝sohienorm

其中，enorm储能单元的初始最大可用容量；

2)约束条件的建立

等式约束条件为总功率约束，表明所有储能单元的功率指令之和等于储能电站的调度指令pdp：

不等式约束条件包括储能单元功率约束、功率变化率约束以及储能单元soc约束：

其中，pmax为储能单元的最大充放电功率，δprmax为储能单元在δt时间内的最大变化功率值；

在最优充放电功率优化计算单元中，所述的优化计算得到各储能单元的最优充放电功率，其计算方法为：根据均衡控制优化模型建立单元中建立的均衡控制优化模型，利用二次凸优化方法对均衡控制优化模型进行求解，得到每个储能单元的最优充放电功率，下发对应的充放电功率命令到各储能单元逆变器中，实现储能单元之间的协同均衡控制。

本发明具有的有益效果在于：针对目前储能电站中个储能单元由于soc和soh不一致导致的利用率降低以及运维效率降低的问题，第一层先利用bms采集到各储能单元的soh值，并通过分析计算得到各储能单元的dod值，第二层利用计算到的dod值，建立soc一致性优化模型，通过二次凸优化方法计算得到各储能单元最大的充放电功率。本发明从已投入运行的bms中采集一定运行数据后即可使用，可用于储能电站的储能单元soh和soc均衡控制，可写入储能电站能量管理系统中作为站级储能单元均衡控制模块，提升整个储能电站的一致性，减少储能电站的非正常停运时间，提高运行效率。

附图说明

图1为本发明储能电站双层协同均衡控制方法的流程图；

图2为本发明储能电站双层协同均衡控制系统的结构图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式，对本发明的技术进行详细描述。应当知道的是，以下具体实施方式仅用于帮助本领域技术人员理解本发明，而非对本发明的限制。

实施例1

一种考虑soh和soc一致性的储能电站双层协同均衡控制方法，如图1所示，其步骤如下：

s1、通过bms采集储能电站中各储能单元的soh值，计算各储能单元之间soh的方差值。

s2、得到各储能单元的dod值：如果soh的方差值大于最大限制值，计算每个储能单元的dod值；如果soh的方差值不大于最大限制值，则将每个储能单元的dod值设置为最大soh的储能单元的dod值；

s3、对步骤s2中得到的各储能单元dod值，利用其计算获得各储能单元的soc上、下限，并建立储能电站的均衡控制优化模型。

s4、利用步骤s3中建立的均衡控制优化模型，优化计算得到各储能单元的最优充放电功率，用于储能电站的均衡运行。

在步骤s1中，所述的计算各储能单元之间soh的方差值，其计算方法如下：在t时刻，采集bms中的各储能单元soh值，利用下式计算得到各储能单元的soh方差值δ：

其中，n为总的储能单元数量，sohi代表第i个储能单元的soh值，sohavg为所有储能单元的平均值。

在步骤s2中，所述的计算每个储能单元的dod，其计算流程为：

1)如果δ>δm，其中δm为最大限制值，则利用如下计算方法计算得到每个储能单元的运行dod值，否则进入2)中进行计算。

根据已有研究成果，储能循环寿命与dod之间的关系可用下式表示：

ctot>adod^-b，a>0,b>0

其中，ctot为储能到寿命结束总的循环寿命，a、b为通过测试数据拟合获得的参数；为简化分析，假设每个充放电循环引起的soh衰减相同，则得到当前soh和dod值下已损失的循环寿命ccur：

其中，soh为ctot个循环结束后储能的soh下限。

因此可得到当前soh下储能的剩余循环寿命crem为：

为提升储能电站的运维效率，让各储能单元剩余循环寿命趋向均衡：

c1，rem＝c2，rem＝…＝ci,rem＝…＝cn,rem

其中，ci,rem为第i个储能单元的剩余寿命，由于过高的dod运行容易导致电池过充或过放，加速电池老化，令各储能单元的剩余寿命等于最大soh值的储能单元剩余寿命，假设第j个储能单元的soh值最大，且其dod值为则令：

可计算得到各储能单元的dod值如下：

2)如果δ≤δm，每个储能单元的dod值设置为最大soh的储能单元的dod值。

进一步地，在步骤s3中，所述的计算各储能单元的soc上下限，其计算方法为：

进一步地，在步骤s3中，所述的建立储能电站的均衡控制优化模型，其模型建立方法如下：

1)目标函数的建立：

协同均衡控制方法第一层通过在步骤s1和s2中通过计算获得各储能单元的dod设置值，考虑到在储能电站运行过程中，会因为soc的不一致性导致储能电站的利用率和调度响应精度出现问题，因此目标函数设置为各储能单元之间的soc一致性。

其中，代表第i个储能单元在t+1时刻的soc值，可通过下式计算得到：

其中，η为储能单元的充放电效率，为第i个储能单元在t时刻的充放电功率，ei是第i个储能单元的总容量，δt为优化时间步长，为在t时刻通过bms采集到的储能单元soc值。

考虑到储能单元的容量衰减，ei可以通过下式计算得到：

ei＝sohienorm

其中，enorm储能单元的初始最大可用容量。

2)约束条件的建立：

等式约束条件为总功率约束，表明所有储能单元的功率指令之和等于储能电站的调度指令pdp：

不等式约束条件包括储能单元功率约束、功率变化率约束以及储能单元soc约束：

其中，pmax为储能单元的最大充放电功率，δprmax为储能单元在δt时间内的最大变化功率值。

进一步地，在步骤s4中，所述的优化计算得到各储能单元的最优充放电功率，其计算方法为：

根据步骤s3中建立的均衡控制优化模型，利用二次凸优化方法对均衡控制优化模型进行求解，得到每个储能单元的最优充放电功率，下发对应的充放电功率命令到各储能单元逆变器(pcs)中，实现储能单元之间的协同均衡控制。

实施例2

一种考虑soh和soc一致性的储能电站双层协同均衡控制系统，如图2所示，其包括：

soh方差值计算单元，通过bms采集储能电站中各储能单元的soh值，计算各储能单元之间soh的方差值；

储能单元dod值计算单元，用于得到各储能单元的dod值：如果soh的方差值大于最大限制值，计算每个储能单元的dod值；如果soh的方差值不大于最大限制值，则将每个储能单元的dod值设置为最大soh的储能单元的dod值；

均衡控制优化模型建立单元，对储能单元dod值计算单元中得到的各储能单元dod值，利用其计算获得各储能单元的soc上、下限，并建立储能电站的均衡控制优化模型；

最优充放电功率优化计算单元，利用均衡控制优化模型建立单元中建立的均衡控制优化模型，优化计算得到各储能单元的最优充放电功率，用于储能电站的均衡运行。

在soh方差值计算单元中，所述各储能单元之间soh的方差值，其计算方法如下：在t时刻，采集bms中的各储能单元soh值，利用下式计算得到各储能单元之间soh方差值δ：

其中，n为总的储能单元数量，sohi代表第i个储能单元的soh值，sohavg为所有储能单元的平均值。

在储能单元dod值计算单元中，所述各储能单元的dod值，其计算步骤为：

1)如果soh方差值δ>δm，其中δm为最大限制值，则利用如下计算方法计算得到每个储能单元的dod值，否则进入2)中；

储能循环寿命与dod值之间的关系用下式表示：

ctot>adod^-b,a>0,b>0

其中，ctot为储能到寿命结束总的循环寿命，a、b为通过测试数据拟合获得的参数；为简化分析，假设每个充放电循环引起的soh衰减相同，则得到当前soh和dod值下已损失的循环寿命ccur：

其中，soh为ctot个循环结束后储能的soh下限；

因此得到当前soh下储能的剩余循环寿命crem为：

为提升储能电站的运维效率，让各储能单元剩余循环寿命趋向均衡：

c1,rem＝c2,rem＝…＝ci,rem＝…＝cn,rem

其中，ci,rem为第i个储能单元的剩余寿命，由于过高的dod运行容易导致电池过充或过放，加速电池老化，令各储能单元的剩余寿命等于最大soh值的储能单元剩余寿命，假设第j个储能单元的soh值最大，且其dod值为则令：

计算得到各储能单元的dod值如下：

2)如果δ≤δm，每个储能单元的dod值设置为最大soh的储能单元的dod值。

在均衡控制优化模型建立单元中，所述各储能单元的soc上、下限，其计算方法为：

式中，soci分别为储能单元的soc上、下限。

所述储能电站的均衡控制优化模型，其建立方法如下：

1)目标函数的建立

通过在soh方差值计算单元和储能单元dod值计算单元中通过计算获得各储能单元的dod值，考虑到在储能电站运行过程中，会因为soc的不一致性导致储能电站的利用率和调度响应精度出现问题，因此目标函数设置为各储能单元之间的soc一致性：

其中，代表第i个储能单元在t+1时刻的soc值，通过下式计算得到：

其中，η为储能单元的充放电效率，为第i个储能单元在t时刻的充放电功率，ei是第i个储能单元的总容量，δt为优化时间步长，为在t时刻通过bms采集到的储能单元soc值；

考虑到储能单元的容量衰减，ei通过下式计算得到：

ei＝sohienorm

其中，enorm储能单元的初始最大可用容量；

2)约束条件的建立

等式约束条件为总功率约束，表明所有储能单元的功率指令之和等于储能电站的调度指令pdp：

不等式约束条件包括储能单元功率约束、功率变化率约束以及储能单元soc约束：

其中，pmax为储能单元的最大充放电功率，δprmax为储能单元在δt时间内的最大变化功率值。

在最优充放电功率优化计算单元中，所述的优化计算得到各储能单元的最优充放电功率，其计算方法为：根据均衡控制优化模型建立单元中建立的均衡控制优化模型，利用二次凸优化方法对均衡控制优化模型进行求解，得到每个储能单元的最优充放电功率，下发对应的充放电功率命令到各储能单元逆变器中，实现储能单元之间的协同均衡控制。

上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。