一种调频型液流电池储能系统双层功率分配方法技术方案

本发明专利技术属于储能电站能耗优化技术领域，公开了一种调频型液流电池储能系统双层功率分配方法，包括：确定实际运行的储能单元数量，以储能单元功率损耗为优化目标，基于变压器功率损耗模型建立包含多个第一约束条件的储能单元层功率优化模型，将储能单元数量输入储能单元层功率优化模型求解，将求解得到的功率分配结果分配给各个储能单元；构建电池功率损耗模型，并基于电池功率损耗模型构建包含多个第二约束条件的储能子系统功率优化模型；以储能子系统层SOC均衡和其能量效率最优为优化目标，将各储能单元分配到的功率输入储能子系统功率优化模型进行求解以进行二次功率分配。本发明专利技术降低储能系统功率损耗的同时保障SOC一致性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种调频型液流电池储能系统双层功率分配方法


[0001]本专利技术属于储能系统能耗优化
，更具体地，涉及一种调频型液流电池储能系统双层功率分配方法。

技术介绍

[0002]液流电池的功率和容量单元可单独设计，其在大电流密度工况下产生的热可通过管道冷却系统迅速吸收，具有安全、环保、使用寿命长等优点，在调频工况具有广阔应用前景。液流单电堆电压低，需要采用DC/DC进行升压，现多为电堆串联与DC/AC直接相连，避免了电堆串间SOC一致性问题。目前，全钒液流电池储能主要应用于长时大容量储能场景，其功率分配主要考虑长时SOC均衡、成本、运行损耗等因素，对应的分配方法主要面向调峰场景进行相应优化。
[0003]面向调频场景时，锂电池储能电站有倍率限制，导致其需要进行冗余配置，常见容量为1h级，当其响应调频指令时，其动作周期为秒级，此时电站SOC一致性对电站调节能力影响较小。而液流电池储能电站具有电堆和电解液物理独立的特性，无倍率限制，面向调频可进行分钟级的电站配置，电解液价格与电站建设成本弱相关，进而能降低建设成本。
[0004]但是当液流电池电站配置为调频型时，其充放电功率具有波动性特点，SOC一致性对其调节能力影响较大，因此还需要对其进行SOC均衡优化。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种调频型液流电池储能系统双层功率分配方法，以解决现有的储能系统SOC一致性差且储能经济性差的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种调频型液流电池储能系统双层功率分配方法，所述储能系统包括多个储能单元构成的储能单元层，以及由各个储能单元中包含的多个储能子系统构成的储能子系统层，所述分配方法包括以下步骤：
[0007]S1确定实际运行的储能单元数量M
r
，以所述储能单元能量效率最优为优化目标，基于变压器功率损耗模型建立包含多个第一约束条件的储能单元层功率优化模型，将所述储能单元数量M
r
输入所述储能单元层功率优化模型求解，将求解得到的功率分配结果分配给各个储能单元；
[0008]S2构建电池功率损耗模型，并基于所述电池功率损耗模型构建包含多个第二约束条件的储能子系统功率优化模型；
[0009]S3以所述储能子系统层SOC均衡和其能量效率最优为优化目标，将各储能单元分配到的功率输入所述储能子系统功率优化模型进行求解，并将求解得到的二次功率分配结果分配到各储能子系统中。
[0010]进一步的，步骤S1中，确定实际运行的储能单元数量M
r
的方法为：
[0011]当所述储能系统充电时，选取SOC值低的所述储能单元优先充电，当所述储能系统放电时，选取SOC值高的所述储能单元优先放电，所有优先放电和优先充电的所述储能单元
总数为实际运行的储能单元数量。
[0012]进一步的，步骤S1中，所述第一约束条件包括：
[0013][0014]其中，P
REF
为储能系统总需求功率，P
Ti
为储能系统中第i个储能单元的输出功率值。
[0015]进一步的，步骤S1中，所述第一约束条件还包括：
[0016]P
Tmin
≤P
Ti
≤P
Tmax
[0017]其中，P
Tmin
为储能单元最小输出功率限定值，P
Ti
为储能系统中第i个储能单元的输出功率值，P
Tmax
为储能单元最大输出功率限定值。
[0018]进一步的，步骤S1中，所述第一约束条件还包括：
[0019]x
Ts,min
≤x
Ts,i
≤x
Ts,max
[0020]其中，x
Ts,min
、x
Ts,max
分别为储能系统的最小SOC限值和最大SOC限值；x
Ts,i
(t)为t时刻第i个储能单元的SOC。
[0021]进一步的，步骤S2中电池功率损耗模型的构建方法为：
[0022]基于电池串联个数、电池SOC状态和电池连续工作时间构建如下所示的电池功率损耗模型：
[0023][0024]其中，R
o
、R
p
分别为电池欧姆内阻和极化内阻、I
DC
为储能子系统内电池簇直流电流均值、α
con
为电池组构成修正系数、α
SOC
为电池组SOC状态修正系数、α
T
为电池连续工作时间修正系数，η
Batt
为电池系统效率，P
Batt
表示电池系统。
[0025]进一步的，步骤S2中，所述储能子系统功率优化模型表示为如下数学模型：
[0026][0027]其中，η
sub
为储能子系统效率，P
sub
为储能子系统功率损耗，P
PCS
为PCS功率损耗，P
Batt
为电池功率损耗。
[0028]进一步的，步骤S2中，所述储能单元功率优化模型表示为：
[0029][0030]其中，P
Ti
为储能系统中第i个储能单元的输出功率值，M为储能单元数量，η
Ti
为第i个储能单元的效率。
[0031]进一步的，步骤S3中，所述储能子系统层的SOC均衡的优化目标函数f1和其能量效率最优的优化目标函数f2分别为：
[0032][0033]其中，为储能子系统SOC设定值；P
sub，ij
为第i个储能单元中第j个储能子系统的输出功率值，η
sub
为储能子系统效率，x
s,ij
为第i个储能单元中第j个储能子系统的SOC，M为储能单元数目，K为储能子系统数目。
[0034]进一步的，所述第二约束条件表示为以下数学表达式：
[0035][0036]P
submin
≤P
sub,ij
≤P
submax
[0037]x
s,min
≤x
s,ij
≤x
s,max
[0038][0039][0040][0041]其中，P
submin
、P
submax
分别为储能子系统的最小出力限值和最大出力限值；x
s,min
、x
s,max
分别为储能子系统的最小SOC限值和最大SOC限值，x
s,ij
为第i个储能单元中第j个储能子系统的SOC，K为储能子系统数目，P
Ti
为储能系统中第i个储能单元的输出功率值，P
REF
为储能系统总需求功率，x
s,ij
(t)为t时刻第i个储能单元中第j个储能子系统的SOC；x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调频型液流电池储能系统双层功率分配方法，其特征在于，所述储能系统包括多个储能单元构成的储能单元层，以及由各个储能单元中包含的多个储能子系统构成的储能子系统层，所述分配方法包括以下步骤：S1确定实际运行的储能单元数量M
r
，以所述储能单元能量效率最优为优化目标，基于变压器功率损耗模型建立包含多个第一约束条件的储能单元层功率优化模型，将所述储能单元数量M
r
输入所述储能单元层功率优化模型求解，将求解得到的功率分配结果分配给各个储能单元；S2构建电池功率损耗模型，并基于所述电池功率损耗模型构建包含多个第二约束条件的储能子系统功率优化模型；S3以所述储能子系统层SOC均衡和其能量效率最优为优化目标，将各储能单元分配到的功率输入所述储能子系统功率优化模型进行求解，并将求解得到的二次功率分配结果分配到各储能子系统中。2.如权利要求1所述的一种调频型液流电池储能系统双层功率分配方法，其特征在于，步骤S1中，确定实际运行的储能单元数量M
r
的方法为：当所述储能系统充电时，选取SOC值低的所述储能单元优先充电；当所述储能系统放电时，选取SOC值高的所述储能单元优先放电；所有优先放电和优先充电的所述储能单元总数为实际运行的储能单元数量。3.如权利要求1所述的一种调频型液流电池储能系统双层功率分配方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一约束条件包括：其中，P
REF
为储能系统总需求功率，P
Ti
为储能系统中第i个储能单元的输出功率值。4.如权利要求1所述的一种调频型液流电池储能系统双层功率分配方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一约束条件还包括：P
Tmin
≤P
Ti
≤P
Tmax
其中，P
Tmin
为储能单元最小输出功率限定值，P
Ti
为储能系统中第i个储能单元的输出功率值，P
Tmax
为储能单元最大输出功率限定值。5.如权利要求1所述的一种调频型液流电池储能系统双层功率分配方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一约束条件还包括：x
Ts,min
≤x
Ts,i
≤x
Ts,max
其中，x
Ts,min
、x
Ts,max
分别为储能系统的最小SOC限值和最大SOC限值；x
Ts,i
(t)为t时刻第i个储能单元的SOC。6.如权利要求1所述的一种调频型液流电池储能系统双层功率分配方法，其特征在于，步骤S2中电池功率损耗模型的构建方法为：基于电池串联个数、电池SOC状态和电池连续工作时间构建如下所示的电池功率损耗模型：
其中，R
o
、R
p
分别为电池欧姆内阻和极化内阻、I
DC
为储能子系统内电池簇直流电流均值、α
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爱魁，叶晖，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：