一种基于等效半循环识别的储能循环寿命评估方法

1.本发明涉及储能系统调度运行领域，具体来说是一种基于等效半循环识别的储能循环寿命评估方法。


背景技术：

2.构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要手段。随着新能源占比的不断提高，电力系统不仅需要保障电力电量平衡，还需要具备充裕的灵活调节性以应对新能源发电的强随机性与波动性。储能作为一种具有“时空转移”特性的灵活性资源，可以实现能量时移并有效改善风、光等新能源的间歇性，是未来电力系统必要的组成部分。然而，目前储能系统的循环寿命有限，频繁调度会严重降低其循环寿命。因此，需要在规划阶段合理评估储能循环寿命以提高其建设合理性。
3.储能系统寿命衰减机理复杂，与其物理状态和外部运行条件有关。在规划阶段，由于储能系统的具体运行工况不明确，难以通过内部物理状态来评估其循环寿命。因此，常用的方法是通过识别储能系统外部运行状态来进行寿命评估。然而现有识别算法(如雨流计数法)非线性程度高，且无法建立数学表达式，限制了其在优化决策中的应用。因此，研究适用于规划阶段的储能系统循环寿命评估方法是十分必要的。


技术实现要素：

4.本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于等效半循环识别的储能循环寿命评估方法，以期能根据储能的运行状态实时判断储能循环寿命，从而为储能系统规划调度提供依据和参考。
5.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
6.本发明一种基于等效半循环识别的储能循环寿命评估方法的特点在于，包括以下步骤：
7.步骤一、根据调度周期t内储能在t-1时刻和t时刻的充放电状态，判断t时刻储能soc曲线是否为极值点；同时，结合储能soc曲线极值点的分布特征，生成储能充电半循环和放电半循环的识别矩阵，以确定调度周期t内每个充电半循环和放电半循环的开始和结束时刻；
8.步骤二、离散化储能容量，并计算各时刻储能soc值；根据储能充放电半循环的始末时刻以及对应soc值，计算每个充放电半循环的半循环深度；
9.步骤三、根据步骤二中确定的充放电半循环及其半循环深度，利用式(1)计算各半循环在100％充放电深度下对应的等效半循环次数；
10.11.式(1)中：和分别为第n个充电半循环和第n个放电半循环对应折算至100％循环深度下的等效循环次数，和分别表示第n个充电半循环和第n个放电半循环的循环深度，p为储能半循环深度与等效循环次数关系的拟合系数。
12.步骤四、将步骤三中得到的各半循环等效循环次数线性加和，计算调度周期内储能总等效循环次数用于评估储能循环寿命。
13.本发明所述的基于等效半循环识别的储能循环寿命评估方法的特点也在于，所述步骤一包括：
14.步骤1.1、利用式(2)表征储能在t时刻的充放电状态：
[0015][0016]
式(2)中：p
dis,t
和p
ch,t
分别为储能在t时刻的放电和充电功率，a
t
为储能在t时刻的充放电状态变量，若a
t
＝1，表示储能在[t,t+1]时段内处于放电状态，若a
t
＝0，表示储能在[t,t+1]时段内处于充电状态，k为一个大于储能额定功率的正数；
[0017]
步骤1.2、利用式(3)确定t时刻储能soc曲线的极大值点和极小值点
[0018][0019]
式(3)中：若表示储能soc曲线上第t个点为极小值点，若表示储能soc曲线上第t个点为极大值点；
[0020]
步骤1.3、利用式(4)表示t时刻储能soc曲线上的非极值点
[0021][0022]
步骤1.4、利用式(5)所示的t
×
t维0,1变量矩阵来表征调度周期t内每个充电半循环的开始和结束时刻：
[0023][0024]
式(5)中：若表示k时刻开始到t时刻结束的时段[k,t]为一个充电半循环；表示k时刻储能soc曲线极小值点状态，若表示储能soc曲线上第k个点为极小值点，表示i时刻储能soc曲线极小值点状态，若表示储能soc曲线上第i个点为极小值点；
[0025]
步骤1.5、利用式(6)所示t
×
t维的0,1变量矩阵来表征调度周期t内每个放电半循环的开始和结束时刻：
[0026]
[0027]
式(6)中：若表示k时刻开始到t时刻结束的时段[k,t]为一个放电半循环；表示k时刻储能soc曲线极大值点状态，若表示储能soc曲线上第k个点为极大值点，表示i时刻储能soc曲线极大值点状态，若表示储能soc曲线上第i个点为极大值点。
[0028]
所述步骤二包括：
[0029]
步骤2.1、根据储能充、放电功率，利用式(7)计算储能各时刻电量：
[0030][0031]
式(7)中：e
t
为t时刻储能存储的电量，e0为储能的初始电量，δ为状态采样的时间间隔，η为储能充、放电效率；
[0032]
步骤2.2、根据储能电站中储能的组成情况，利用式(8)确定储能电站的容量和储能数量的关系式：
[0033]erate
＝nee
unit
ꢀꢀꢀ
(8)
[0034]
式(8)中：e
rate
为储能电站的容量，ne为储能电站中储能的数量，e
unit
为储能的单体容量；
[0035]
步骤2.3、利用式(9)将储能的容量进行离散化：
[0036]erate
＝(20u
0e
+21u
1e
+
…
+2vu
ve
)e
unit
ꢀꢀꢀ
(9)
[0037]
式(9)中：u
0e
,u
1e
,
…
,u
ve
为储能数量ne对应的v个二进制编码；
[0038]
步骤2.4、利用式(10)计算储能各时刻soc值：
[0039][0040]
式(10)中：soc
t
为t时刻储能的soc值，u
ve
为储能数量ne对应的第v个二进制编码；
[0041]
步骤2.5、利用式(11)计算储能在各充放电半循环中的充放电深度：
[0042][0043]
式(11)中：和分别表示以t1为起始时刻的第n个充电半循环和以t2为起始时刻的第n个放电半循环的循环深度，表示t1时刻开始到j1时刻结束的时段[t1,j1]为一个充电半循环，表示t2时刻开始到j2时刻结束的时段[t2,j2]为一个放电半循环，为t1时刻储能的soc值，为j1时刻储能的soc值，为t2时刻储能的soc值，为j2时刻储能的soc值，表示t1时刻储能soc曲线的极小值点状态，若表示储能soc曲线上第t1个点为极小值点，表示t2时刻储能soc曲线的极大
值点状态，若表示储能soc曲线上第t2个点为极大值点。
[0044]
所述步骤四包括：
[0045]
步骤4.1、利用式(12)得到储能在调度周期t的总等效循环次数
[0046][0047]
式(12)中：cyc
charge
和cyc
discharge
分别为储能的充电和放电半循环集合的元素数量；
[0048]
步骤4.2、利用式(13)计算储能的循环寿命t
cyc
：
[0049][0050]
式(13)中，n
100
表示储能在100％循环深度下的最大循环次数。
[0051]
本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行任一所述储能循环寿命评估方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
[0052]
本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行任一所述储能循环寿命评估方法的步骤。
[0053]
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0054]
1、本发明克服传统雨流计数法难以应用于储能系统规划决策过程的问题，提出一种能够在线决策的储能半循环识别模型，该模型能够根据储能充放电状态判断其soc曲线上的极值点和非极值点。同时，根据soc曲线的极值点分布特征生成储能充电和放电半循环识别矩阵。该模型可以在储能规划阶段仅通过模拟储能充放电运行，获得储能半循环识别结果，降低了储能规划阶段评估储能寿命的难度。
[0055]
2、本发明根据不同储能充、放电半循环的循环深度，将不同深度的半循环等效至100％深度的半循环，得到不同深度半循环对应的等效循环次数，量化了半循环深度对储能寿命损耗的影响。
[0056]
3、本发明提出的一种基于等效半循环识别的储能循环寿命评估方法，与现有技术相比解决了储能充放电循环识别模型难以转化为优化决策过程的问题。该方法利用相邻极值点对应的储能充放电半循环等效循环次数评估储能系统循环寿命。本发明提出的储能循环寿命评估方法能够内嵌于储能系统规划调度优化模型中，为储能系统合理规划和运行提供相应的依据和参考。
附图说明
[0057]
图1为本发明的基于等效半循环识别的储能循环寿命评估方法的流程示意图。
具体实施方式
[0058]
为了对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
[0059]
如图1所示，一种基于等效半循环识别的储能循环寿命评估方法，包括以下步骤：
[0060]
步骤一、根据调度周期t内储能在t-1时刻和t时刻的充放电状态，判断t时刻储能soc曲线是否为极值点；同时，结合储能soc曲线极值点的分布特征，生成储能充电半循环和放电半循环的识别矩阵，以确定调度周期t内每个充电半循环和放电半循环的开始和结束时刻：
[0061]
步骤1.1、为避免储能系统在运行过程中出现同时充、放电的情况，将储能充放电状态变量a
t
与储能充放电功率通过正数k建立约束。同时，对于储能既不充电也不放电的保持状态，可以看作a
t
等于1或0的特殊情况，即放电功率等于0的放电状态或充电功率等于0的充电状态。利用式(1)表征储能在t时刻的充放电状态：
[0062][0063]
式(1)中：p
dis,t
和p
ch,t
分别为储能在t时刻的放电和充电功率，a
t
为储能在t时刻的充放电状态变量，若a
t
＝1，表示储能在[t,t+1]时段内处于放电状态，若a
t
＝0，表示储能在[t,t+1]时段内处于充电状态，k为一个大于储能额定功率的正数；
[0064]
步骤1.2、根据步骤1.1中得出的储能状态变量a
t
，利用式(2)确定t时刻储能soc曲线的极大值点和极小值点
[0065][0066]
式(2)中：若表示储能soc曲线上第t个点为极小值点，若表示储能soc曲线上第t个点为极大值点；
[0067]
步骤1.3、利用式(3)表示t时刻储能soc曲线上的非极值点
[0068][0069]
步骤1.4、利用式(4)所示的t
×
t维0,1变量矩阵来表征调度周期t内每个充电半循环的开始和结束时刻：
[0070][0071]
式(4)中：若表示k时刻开始到t时刻结束的时段[k,t]为一个充电半循环；表示k时刻储能soc曲线极小值点状态，若表示储能soc曲线上第k个点为极小值点，表示i时刻储能soc曲线极小值点状态，若表示储能soc曲线上第i个点为极小值点；
[0072]
步骤1.5、利用式(5)所示t
×
t维的0,1变量矩阵来表征调度周期t内每个放电半循环的开始和结束时刻：
[0073]
[0074]
式(5)中：若表示k时刻开始到t时刻结束的时段[k,t]为一个放电半循环；表示k时刻储能soc曲线极大值点状态，若表示储能soc曲线上第k个点为极大值点，表示i时刻储能soc曲线极大值点状态，若表示储能soc曲线上第i个点为极大值点。
[0075]
步骤1.4和步骤1.5进一步说明：
[0076]
储能充、放点半循环矩阵形成思路为：首先，以soc曲线的极大值点或极小值点作为起点，向后逐个搜索soc曲线各点，并滤除中间非极值点。在此基础上，寻找与起始点相邻且性质相反的极值点作为终点，起点与终点之间的范围即为储能充、放电半循环。
[0077]
步骤二、离散化储能容量，并计算各时刻储能soc值；根据储能充放电半循环的始末时刻以及对应soc值，计算每个充放电半循环的半循环深度：
[0078]
步骤2.1、根据储能充、放电功率，利用式(6)计算储能各时刻电量：
[0079][0080]
式(6)中：e
t
为t时刻储能存储的电量，e0为储能的初始电量，δ为状态采样的时间间隔，η为储能充、放电效率；
[0081]
步骤2.2、根据储能电站中储能的组成情况，利用式(7)确定储能电站的容量和储能数量的关系式：
[0082]erate
＝nee
unit
ꢀꢀꢀ
(7)
[0083]
式(7)中：e
rate
为储能电站的容量，ne为储能电站中储能的数量，e
unit
为储能的单体容量；
[0084]
步骤2.3、采用二进制编码原理，利用式(8)将储能的容量进行离散化：
[0085]erate
＝(20u
0e
+21u
1e
+
…
+2vu
ve
)e
unit
ꢀꢀꢀ
(8)
[0086]
式(8)中：u
0e
,u
1e
,
…
,u
ve
为储能数量ne对应的v个二进制编码；
[0087]
步骤2.4、储能soc离散表达式中存在连续变量与0,1变量的乘积项，利用大m法对其进行线性化处理，可提升寿命评估模型的求解速度。根据步骤2.1和步骤2.3中得出的储能各时刻电量和储能容量离散结果，利用式(9)计算储能各时刻soc值：：
[0088][0089]
式(9)中：soc
t
为t时刻储能的soc值，u
ve
为储能数量ne对应的第v个二进制编码；
[0090]
步骤2.5、充放电半循环深度表达式中存在连续变量与0,1变量的乘积项，可同理利用大m法对其进行线性化处理。根据步骤1.4和步骤1.5得到的储能充放电半循环矩阵以及步骤2.4计算的储能各时刻soc值，利用式(10)计算储能在各充放电半循环中的充放电深度：
[0091][0092]
式(10)中：和分别表示以t1为起始时刻的第n个充电半循环和以t2为起始时刻的第n个放电半循环的循环深度，表示t1时刻开始到j1时刻结束的时段[t1,j1]为一个充电半循环，表示t2时刻开始到j2时刻结束的时段[t2,j2]为一个放电半循环，为t1时刻储能的soc值，为j1时刻储能的soc值，为t2时刻储能的soc值，为j2时刻储能的soc值，表示t1时刻储能soc曲线的极小值点状态，若表示储能soc曲线上第t1个点为极小值点，表示t2时刻储能soc曲线的极大值点状态，若表示储能soc曲线上第t2个点为极大值点。
[0093]
步骤三、根据步骤二中确定的充放电半循环及其半循环深度，利用式(12)计算各半循环在100％充放电深度下对应的等效半循环次数：
[0094][0095]
式(11)中：和分别为第n个充电半循环和第n个放电半循环对应折算至100％循环深度下的等效循环次数，和分别表示第n个充电半循环和第n个放电半循环的循环深度，p为储能半循环深度与等效循环次数关系的拟合系数。
[0096]
步骤四、将步骤三中得到的各半循环等效循环次数线性加和，计算调度周期内储能总等效循环次数用于评估储能循环寿命：
[0097]
步骤4.1、利用式(12)得到储能在调度周期t的总等效循环次数
[0098][0099]
式(12)中：cyc
charge
和cyc
discharge
分别为储能的充电和放电半循环集合的元素数量；
[0100]
步骤4.2、根据步骤4.1中计算的储能总等效循环次数，利用式(13)计算储能的循环寿命t
cyc
：
[0101][0102]
式(13)中，n
100
表示储能在100％循环深度下的最大循环次数。
[0103]
本实施例中，一种电子设备，包括存储器以及处理器，该存储器用于存储支持处理器执行上述方法的程序，该处理器被配置为用于执行该存储器中存储的程序。
[0104]
本实施例中，一种计算机可读存储介质，是在计算机可读存储介质上存储有计算
机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法的步骤。
[0105]
以上虽然描述了本发明的具体实施方法，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明原理和实现的前提下，可以对这些实施方案做出多种变更或修改。

技术特征：
1.一种基于等效半循环识别的储能循环寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据调度周期t内储能在t-1时刻和t时刻的充放电状态，判断t时刻储能soc曲线是否为极值点；同时，结合储能soc曲线极值点的分布特征，生成储能充电半循环和放电半循环的识别矩阵，以确定调度周期t内每个充电半循环和放电半循环的开始和结束时刻；步骤二、离散化储能容量，并计算各时刻储能soc值；根据储能充放电半循环的始末时刻以及对应soc值，计算每个充放电半循环的半循环深度；步骤三、根据步骤二中确定的充放电半循环及其半循环深度，利用式(1)计算各半循环在100％充放电深度下对应的等效半循环次数；式(1)中：和分别为第n个充电半循环和第n个放电半循环对应折算至100％循环深度下的等效循环次数，和分别表示第n个充电半循环和第n个放电半循环的循环深度，p为储能半循环深度与等效循环次数关系的拟合系数。步骤四、将步骤三中得到的各半循环等效循环次数线性加和，计算调度周期内储能总等效循环次数用于评估储能循环寿命。2.根据权利要求1所述的基于等效半循环识别的储能循环寿命评估方法，其特征在于，所述步骤一包括：步骤1.1、利用式(2)表征储能在t时刻的充放电状态：式(2)中：p
dis,t
和p
ch,t
分别为储能在t时刻的放电和充电功率，a
t
为储能在t时刻的充放电状态变量，若a
t
＝1，表示储能在[t,t+1]时段内处于放电状态，若a
t
＝0，表示储能在[t,t+1]时段内处于充电状态，k为一个大于储能额定功率的正数；步骤1.2、利用式(3)确定t时刻储能soc曲线的极大值点和极小值点和极小值点式(3)中：若表示储能soc曲线上第t个点为极小值点，若表示储能soc曲线上第t个点为极大值点；步骤1.3、利用式(4)表示t时刻储能soc曲线上的非极值点步骤1.3、利用式(4)表示t时刻储能soc曲线上的非极值点步骤1.4、利用式(5)所示的t
×
t维0,1变量矩阵来表征调度周期t内每个充电半循环的开始和结束时刻：
式(5)中：若表示k时刻开始到t时刻结束的时段[k,t]为一个充电半循环；k
kmin
表示k时刻储能soc曲线极小值点状态，若表示储能soc曲线上第k个点为极小值点，表示i时刻储能soc曲线极小值点状态，若表示储能soc曲线上第i个点为极小值点；步骤1.5、利用式(6)所示t
×
t维的0,1变量矩阵来表征调度周期t内每个放电半循环的开始和结束时刻：式(6)中：若表示k时刻开始到t时刻结束的时段[k,t]为一个放电半循环；表示k时刻储能soc曲线极大值点状态，若表示储能soc曲线上第k个点为极大值点，表示i时刻储能soc曲线极大值点状态，若表示储能soc曲线上第i个点为极大值点。3.根据权利要求2所述的基于等效半循环识别的储能循环寿命评估方法，其特征在于，所述步骤二包括：步骤2.1、根据储能充、放电功率，利用式(7)计算储能各时刻电量：式(7)中：e
t
为t时刻储能存储的电量，e0为储能的初始电量，δ为状态采样的时间间隔，η为储能充、放电效率；步骤2.2、根据储能电站中储能的组成情况，利用式(8)确定储能电站的容量和储能数量的关系式：e
rate
＝n
e
e
unit
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)式(8)中：e
rate
为储能电站的容量，n
e
为储能电站中储能的数量，e
unit
为储能的单体容量；步骤2.3、利用式(9)将储能的容量进行离散化：e
rate
＝(20u
0e
+21u
1e
+
…
+2vu
ve
)e
unit
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)式(9)中：u
0e
,u
1e
,
…
,u
ve
为储能数量n
e
对应的v个二进制编码；步骤2.4、利用式(10)计算储能各时刻soc值：式(10)中：soc
t
为t时刻储能的soc值，u
ve
为储能数量n
e
对应的第v个二进制编码；步骤2.5、利用式(11)计算储能在各充放电半循环中的充放电深度：
式(11)中：和分别表示以t1为起始时刻的第n个充电半循环和以t2为起始时刻的第n个放电半循环的循环深度，表示t1时刻开始到j1时刻结束的时段[t1,j1]为一个充电半循环，表示t2时刻开始到j2时刻结束的时段[t2,j2]为一个放电半循环，为t1时刻储能的soc值，soc
j1
为j1时刻储能的soc值，为t2时刻储能的soc值，为j2时刻储能的soc值，表示t1时刻储能soc曲线的极小值点状态，若表示储能soc曲线上第t1个点为极小值点，表示t2时刻储能soc曲线的极大值点状态，若表示储能soc曲线上第t2个点为极大值点。4.根据权利要求3所述的基于等效半循环识别的储能循环寿命评估方法，其特征在于，所述步骤四包括：步骤4.1、利用式(12)得到储能在调度周期t的总等效循环次数步骤4.1、利用式(12)得到储能在调度周期t的总等效循环次数式(12)中：cyc
charge
和cyc
discharge
分别为储能的充电和放电半循环集合的元素数量；步骤4.2、利用式(13)计算储能的循环寿命t
cyc
：式(13)中，n
100
表示储能在100％循环深度下的最大循环次数。5.一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特征在于，所述存储器用于存储支持处理器执行权利要求1-4中任一所述储能循环寿命评估方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。6.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1-4中任一所述储能循环寿命评估方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于等效半循环识别的储能循环寿命评估方法，包括：1根据储能充放电状态判断储能荷电状态(SOC)曲线的极值点；2根据SOC曲线的极值点分布特征，生成储能充电和放电半循环识别矩阵，并计算各充放电半循环对应的半循环深度；3计算不同深度的充放电半循环等效至100％充放电深度下对应的储能充放电循环次数；4计算储能调度周期内总等效循环次数并评估储能循环寿命。本发明能够根据储能的运行状态实时判断储能循环寿命，进而为储能系统规划调度提供依据和参考。统规划调度提供依据和参考。统规划调度提供依据和参考。


技术研发人员：杨贺钧 初宇翔 马英浩 张大波
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/24