一种基于电池损耗的电力系统调度优化方法及系统与流程

本技术属于电力系统优化调度和运行领域，具体涉及一种基于电池损耗的电力系统调度优化方法及系统。

背景技术：

1、在电力市场中，储能运营商可根据价格信号参与电力市场，实现能源套利交易。然而，因为储能电池在频繁充放电的过程中，随着充放电次数增多，不仅电化学性能会衰退，还会产生显著的热应力，这种热应力因为会对储能容量造成损耗，加速了电池的退化过程，从而影响电池的整体寿命和性能，对储能运营商造成了额外的运行成本。因此，可通过延长电池寿命来最大化储能运营商在电力市场的经济效益，并同时提升电力系统的可靠性和稳定性。

2、现有技术中虽然考虑了电池在充放电过程中的退化，但是并没有考虑电池产生温度热应力需要进行冷却带来的成本和电池容量受到温度热应力的影响，因此构建的交易策略仍然无法通过准确评估电池损耗的成本来最大化经济效益，也无法有效延长电池服务寿命。

技术实现思路

1、本技术提出了一种基于电池损耗的电力系统调度优化方法及系统，根据电池充放电功率和产生的热应力对电池寿命的影响构建模型约束条件，求解得到更精确、全面的最大化电力市场收益的电池优化使用策略，使用该策略延长电池寿命来最大化储能运营商在电力市场出售的电量以提升经济效益，并同时提升电力系统的可靠性和稳定性。

2、本技术的第一方面提供了一种基于电池损耗的电力系统调度优化方法，所述方法包括：

3、根据电力系统的储能单元运行数据，对电池充放电功率、电池温度与电池容量损耗的关系进行建模，构建电池容量损耗约束条件；

4、基于电池容量损耗约束条件，以电力交易费用和电池运维成本最低为目标构建电力交易优化模型；

5、通过交替方向因子法对电力交易优化模型进行迭代求解，得到电池优化使用策略；

6、根据电池优化使用策略，对储能单元的运行进行调度。

7、上述方案将电池充放电功率、电池温度与电池容量损耗的关系进行建模，通过构建和电池容量损耗相关的约束条件来对成本计算进行约束，提升成本计算的精确度的同时引入电池容量对可交易电量的影响；然后以电力交易费用和电池运维成本最低为目标构建电力交易优化模型，通过迭代求解模型得到电池优化使用策略，该策略因为和电池容量损耗相关，所以能通过对储能单元的运行进行调度以延长电池使用寿命，使得电池能为电力市场交易提供更多的可交易电量，来间接提升储能运营商在电力市场出售的电量以提升经济效益；而且延长电池使用寿命也能提升电力系统的可靠性和稳定性。

8、在第一方面的一种可能的实现方法中，根据电力系统的储能单元运行数据，对电池充放电功率、电池温度与电池容量损耗的关系进行建模，构建电池容量损耗约束条件，具体为：

9、根据所述储能单元运行数据，对电池充放电功率与电池荷电状态之间的变化关系进行建模，构建第一关系模型；

10、基于热传递原理，根据所述储能单元运行数据和预设的电池-热能量平衡关系模型，构建电池温度变化函数；

11、根据电池温度变化函数、储能单元释放的净热量和预设的冷却性能系数，构建环境温度变化函数；

12、根据第一关系模型和环境温度变化函数，构建电池容量损耗约束条件。

13、上述方案先对电池充放电功率与电池荷电状态之间的变化关系进行建模，以构建描述电池充放电功率对电池容量变化影响的第一关系模型；然后再基于热传递原理对相邻电池之间的热传递进行描述，构建电池温度变化函数；再对电池放热和为了减轻电池热量进行的电池冷却对环境温度变化的影响进行描述，构建环境温度变化函数；在第一关系模型和环境温度变化函数下，最后构建能充分反映电池充放电功率和产生的热应力对电池容量损耗影响的电池容量损耗约束条件。

14、在第一方面的一种可能的实现方法中，基于热传递原理，根据所述储能单元运行数据和预设的电池-热能量平衡关系模型，构建电池温度变化函数，具体为：

15、基于热传递原理，根据储能单元的电流数据和电阻数据对相邻电池之间的热传递进行建模，构建电池-热能量平衡关系模型；

16、根据测量的电池温差变化对电池-热能量平衡关系模型进行计算，构建电池温度变化函数。

17、上述方案中，基于热传递原理，因为不同温度之间的电池会传递热量，所以需要针对电池之间的热传递行为进行建模；然后根据电池温差变化对电池-热能量平衡关系模型进行计算，构建电池温度变化函数来描述电池在各个时刻的温度，为接下来求解各个时刻的电池所在环境温度的变化提供数据支撑。

18、在第一方面的一种可能的实现方法中，电池温度变化函数、环境温度变化函数和电池容量损耗约束条件，具体为：

19、所述电池温度变化函数，具体公式为：

20、

21、式中，ti,t为第i个电池在t时刻的温度，ua为热损失传递函数，cth为电池的热容，tp为预设的时间间隔大小，τ为热延时系数，it为t时刻流过电池的电流，tat为t时刻的环境温度，ri,t为第i个电池在t时刻的等效电阻；

22、所述环境温度变化函数，具体公式为：

23、

24、

25、式中，为t时刻的环境温度，tp为预设的时间间隔大小，cen为电池外壳的热容量，为t时刻所有电池释放到外壳中的热量，为t时刻的冷却量，tenv为外部环境温度，uenv为外壳与外界环境之间热流路径的热传递率，η为预设的冷却性能系数，为t时刻储能冷却系统的制冷功率；

26、所述电池容量损耗约束条件，具体公式为：

27、

28、

29、crem＝cst-ψ；

30、

31、式中，sδ(δ)、st(t)分别为充放电循环δ给充放电功率和电池温度带来的内部压力，h1、h2和kt为常数项系数，为充放电循环的平均温度，tr为参考温度，ψ为电池的净容量损失，cb为电池的额定容量，j为第j次充放电循环，l为充放电循环总次数，nj为等效循环次数，为第j次充放电循环的sδ(δ)，为第j次充放电循环的st(t)，crem为电池的剩余容量，cst为电池的初始容量，soh为电池健康度。

32、在第一方面的一种可能的实现方法中，基于电池容量损耗约束条件，以电力交易费用和电池运维成本最低为目标构建电力交易优化模型，具体为：

33、根据电池容量损耗费用和电池冷却费用，构建电池运维成本函数；

34、根据日内-日前实时电力市场交易数据，构建电力交易费用函数；

35、以电池容量损耗约束条件为模型的约束条件，以电池运维成本函数和电力交易费用函数之和最低为目标函数，构建电力交易优化模型。

36、上述方案中，在成本函数中添加了电池容量损耗费用和电池冷却费用，引入了为减轻电池热应力对电池容量影响而进行电池冷却的成本，使得总成本的计算更加精确；然后以电池容量损耗约束条件为模型的约束条件来构建电力交易优化模型，由此在计算成本的过程中也需要考虑到有限且会不断变化的电池容量；因为电池容量会导致可交易的电量产生变化，进一步的导致电量交易的利润发生变化，所以能使得模型的求解更加符合实际情况。

37、在第一方面的一种可能的实现方法中，通过交替方向因子法对电力交易优化模型进行迭代求解，得到电池优化使用策略，具体为：

38、基于预设的点对点电力市场交易机制，通过交替方向因子法对点对点交易中的电力交易优化模型的目标优化向量进行迭代优化；其中，所述目标优化向量包括电池的日前投标电量、冷却用电和日内实时市场投标电量；

39、当所述目标优化向量满足预设的迭代阈值时，得到电池优化使用策略。

40、本技术第二方面提供了一种基于电池损耗的电力系统调度优化系统，所述系统包括：约束条件构建模块、模型构建模块、模型求解模块和储能单元调度模块；

41、其中，所述约束条件构建模块用于根据电力系统的储能单元运行数据，对电池充放电功率、电池温度与电池容量损耗的关系进行建模，构建电池容量损耗约束条件；

42、所述模型构建模块用于基于电池容量损耗约束条件，以电力交易费用和电池运维成本最低为目标构建电力交易优化模型；

43、所述模型求解模块用于通过交替方向因子法对电力交易优化模型进行迭代求解，得到电池优化使用策略；

44、所述储能单元调度模块用于根据电池优化使用策略，对储能单元的运行进行调度。

45、在第二方面的一种可能的实现方式中，约束条件构建模块包括：电池容量损耗约束条件构建单元；

46、所述电池容量损耗约束条件构建单元用于根据所述储能单元运行数据，对电池充放电功率与电池荷电状态之间的变化关系进行建模，构建第一关系模型；基于热传递原理，根据所述储能单元运行数据和预设的电池-热能量平衡关系模型，构建电池温度变化函数；根据电池温度变化函数、储能单元释放的净热量和预设的冷却性能系数，构建环境温度变化函数；根据第一关系模型和环境温度变化函数，构建电池容量损耗约束条件。

47、在第二方面的一种可能的实现方式中，约束条件构建模块包括：温度变化函数构建单元；

48、所述温度变化函数构建单元用于基于热传递原理，根据储能单元的电流数据和电阻数据对相邻电池之间的热传递进行建模，构建电池-热能量平衡关系模型；根据测量的电池温差变化对电池-热能量平衡关系模型进行计算，构建电池温度变化函数。

49、在第二方面的一种可能的实现方式中，模型构建模块包括：电力交易优化模型构建单元；

50、所述电力交易优化模型构建单元用于根据电池容量损耗费用和电池冷却费用，构建电池运维成本函数；根据日内-日前实时电力市场交易数据，构建电力交易费用函数；以电池容量损耗约束条件为模型的约束条件，以电池运维成本函数和电力交易费用函数之和最低为目标函数，构建电力交易优化模型。

51、在第二方面的一种可能的实现方式中，模型求解模块包括：电池优化使用策略生成模块；

52、所述电池优化使用策略生成模块用于基于预设的点对点电力市场交易机制，通过交替方向因子法对点对点交易中的电力交易优化模型的目标优化向量进行迭代优化；其中，所述目标优化向量包括电池的日前投标电量、冷却用电和日内实时市场投标电量；当所述目标优化向量满足预设的迭代阈值时，得到电池优化使用策略。