一種微電網中蓄電池儲能系統壽命測算方法與流程
2024-02-10 10:39:15 1
本發明涉及蓄電池儲能技術領域，是一種微電網中蓄電池儲能系統壽命測算方法。
背景技術：
微電網中蓄電池儲能系統主要對微電源與負荷之間的功率進行匹配，由於分布式可再生能源以及負荷具有隨機波動性，蓄電池儲能系統將運行於頻繁交替的不規則充放電狀態下，會縮短其使用壽命，增大其投資，降低了微電網系統的經濟性。因此在進行微電網蓄電池儲能系統容量配置時掌握其使用壽命是十分必要的。因而需要構建相應的壽命估算模型以對其壽命定量分析。
蓄電池的壽命主要受到溫度、充放電倍率、充放電深度等因素的影響。現有技術的微電網中蓄電池儲能系統壽命測算方法複雜，精確度低。如何提高微電網中蓄電池儲能系統壽命測算方法的科學合理性，簡化流程，進一步提高精確度是本領域技術人員一直渴望解決，但至今尚未解決的難題。
技術實現要素：
本發明的構思基礎是，針對微電網蓄電池儲能系統應用的實際情況，主要考慮蓄電池放電深度以及充放電次數的影響。認為蓄電池在額定狀態下全充全放的總吞吐量一定並以此來定量表徵蓄電池的使用壽命，當蓄電池充放電量達到額定狀態下的總吞吐量時視為蓄電池壽命耗盡。基於以上構思，將蓄電池不同充放電深度下的吞吐量歸算為額定狀態下的充放電量，用以對蓄電池進行壽命測算。
本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種科學合理，簡單適用，預測精度高的微電網中蓄電池儲能系統壽命測算方法。
解決其技術問題所採取的技術方案是：一種微電網中蓄電池儲能系統壽命測算方法，其特徵是，它包括以下內容：
1)對鋰電池的充放電深度與循環次數和總吞吐量的對應關係分析
對鋰電池的充放電深度與循環次數和總吞吐量的對應關係分析，得到蓄電池在任意充放電深度下的總吞吐量ez(x)為：
ez(x)＝nz(x)enx(1)
式中，x為充放電循環深度，定義為：設蓄電池初始荷電狀態為soc1，進行先充電、再放電後荷電狀態為soc2，而後對電池進行先放電、再充電後使荷電狀態至soc1後停止，此時充放電循環深度為|soc1-soc2|，其中soc1→soc2記為充放電半周期；nz(x)為充放電深度為x時的最大循環次數；en為蓄電池額定容量；
測算蓄電池的壽命需要將不同充放電深度下的總吞吐量歸算至全充全放下的吞吐量，為此，引入折算係數：
α(x)為折算係數，ez(1)為全充全放時的總吞吐量，ez(x)為充放電深度為x時的總吞吐量，
則對於第i次充放電深度為x時的吞吐量歸算後為：
ei(1)＝α(x)ei(x)(3)
ei(1)為第i次充放電折算至全充全放時的吞吐量，ei(x)為第i次任意x充放電深度下的吞吐量；
設蓄電池在一個時段內充放電m次，充放電深度分別為x1,λxi,λxm，則歸算後的總吞吐量為：
em(1)歸算後的蓄電池總吞吐量，ei(xi)為以x為充放電深度第i次充放電的總吞吐量α(xi)，
對式(1)-式(4)建立蓄電池壽命損耗估算模型式(5)：
為電池儲能系統壽命損耗係數；
2)採用現有工程領域中的疲勞壽命計算法，即「塔頂計數法」計算蓄電池充放電深度
①將坐標軸順時針旋轉90°，雨流依次從數據的峰值位置的內側沿著斜坡往下流；
②雨流從某一個峰值點開始流動，當遇到比其起始峰值更大的峰值時要停止流動，並且當雨流遇到上面流下的雨流時，必須停止流動；
③根據雨流流動的軌跡取出所有的循環，記下每個循環的幅度；
根據塔頂計數圖取得全循環2-3-2^，5-6-5^，半循環1-2-2^-4,4-5-5^-7,7-8，統計得到蓄電池在工作過程中的充放電深度，從而實現對蓄電池儲能系統的壽命測算。
本發明的一種微電網中蓄電池儲能系統壽命測算方法，科學合理，能夠利用蓄電池的外部工作特性建立一種壽命估算模型，在此基礎上採用塔頂計數法對微電網中蓄電池儲能系統進行充放電循環的截取，實現對蓄電池儲能系統的壽命測算。具有科學合理，簡單適用，預測精度高等優點。
附圖說明
圖1為蓄電池儲能系統充放電深度與循環次數和總吞吐量的對應關係示意圖；
圖2為塔頂計數示意圖；
圖3為塔頂計數法測算蓄電池儲能系統壽命示意圖；
圖4為蓄電池儲能系統充放電循環示意圖。
具體實施方式
下面利用附圖和實施例對本發明一種微電網中蓄電池儲能系統壽命測算方法作進一步說明。
本發明的一種微電網中蓄電池儲能系統壽命測算方法，包括以下內容：
1)鋰電池的充放電深度與循環次數和總吞吐量的對應關係
如附圖1所示，對鋰電池的充放電深度與循環次數和總吞吐量的對應分析，得到蓄電池在任意充放電深度下的總吞吐量ez(x)為：
ez(x)＝nz(x)enx(1)
式中，x為充放電循環深度，定義為：設蓄電池初始荷電狀態為soc1，進行先充電、再放電後荷電狀態為soc2，而後對電池進行先放電、再充電後使荷電狀態至soc1後停止，此時充放電循環深度為|soc1-soc2|，其中soc1→soc2記為充放電半周期；nz(x)為充放電深度為x時的最大循環次數；en為蓄電池額定容量；
測算蓄電池的壽命需要將不同充放電深度下的總吞吐量歸算至全充全放下的吞吐量，為此，引入折算係數：
α(x)為折算係數，ez(1)為全充全放時的總吞吐量，ez(x)為充放電深度為x時的總吞吐量，
則對於第i次充放電深度為x時的吞吐量歸算後為：
ei(1)＝α(x)ei(x)(3)
ei(1)為第i次充放電折算至全充全放時的吞吐量，ei(x)為第i次任意x充放電深度下的吞吐量；
設蓄電池在一個時段內充放電m次，充放電深度分別為x1,λxi,λxm，則歸算後的總吞吐量為：
em(1)歸算後的蓄電池總吞吐量，ei(xi)為以x為充放電深度第i次充放電的總吞吐量α(xi)，
對式(1)-式(4)建立蓄電池壽命損耗估算模型式(5)：
為電池儲能系統壽命損耗係數；
2)採用現有工程領域中的疲勞壽命計算法，即「塔頂計數法」計算蓄電池充放電深度
①將坐標軸順時針旋轉90°，雨流依次從數據的峰值位置的內側沿著斜坡往下流；
②雨流從某一個峰值點開始流動，當遇到比其起始峰值更大的峰值時要停止流動，並且當雨流遇到上面流下的雨流時，必須停止流動；
③根據雨流流動的軌跡取出所有的循環，記下每個循環的幅度；
如附圖2所示，根據塔頂計數圖取得全循環2-3-2^，5-6-5^，半循環1-2-2^-4,4-5-5^-7,7-8，統計得到蓄電池在工作過程中的充放電深度，從而實現對蓄電池儲能系統的壽命測算。
如圖3所示，由「塔頂計數法」截取蓄電池儲能系統的工作循環。橫坐標為峰值點，縱坐標為儲能系統剩餘容量(儲能系統在24小時儲能周期內各電源出力與負荷需求之間的關係)，24小時內有160個峰值點。由圖3可知，斜率為正時儲能系統充電，反之放電。循環周期有65個，循環半周期有5個。第8循環周期如圖3的右下角所示，在容量72.865kwh時儲能系統放電，放電容量達到70.771kwh後放電結束，系統充電到72.865kwh時為一個循環周期，放電深度曲線如圖4所示。從圖中可以看出通過文中估算方法可以對電池儲能系統進行壽命測算，表明這種測算方法具有很好的壽命測算能力。
本發明實施例僅用於對本發明作進一步的說明，並非窮舉，並不構成對權利要求保護範圍的限定，本領域技術人員根據本發明實施例獲得的啟示，不經過創造性勞動就能夠想到其它實質上等同的替代，均在本發明保護範圍內。