一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的模塊化儲能系統(tǒng)演化分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)儲能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的模塊 化儲能系統(tǒng)演化分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 儲能技術(shù)是改善電力供需矛盾和實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。各類電 化學(xué)電池儲能技術(shù)為滿足實(shí)際需求須采用若干個(gè)電池模塊串并聯(lián)組合而成的模塊化儲能 系統(tǒng)。模塊化儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括：基本構(gòu)成元素（電池單體與其相互間的連接）、基本元 素組成的網(wǎng)絡(luò)支路（串并聯(lián)支路）、多層支路構(gòu)成的子網(wǎng)絡(luò)（滿足實(shí)際要求的最小網(wǎng)絡(luò)單 元）和多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的儲能系統(tǒng)（滿足負(fù)荷需求的多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）。在總電池單體數(shù) 量不變的條件下，模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有電壓響應(yīng)能力（串聯(lián)結(jié)構(gòu)）、電流響應(yīng)能力（并聯(lián) 結(jié)構(gòu)）兩種基本演化方式。當(dāng)模塊化儲能系統(tǒng)中的組成單元（電池單體）數(shù)量較大時(shí)，組 成單元之間的關(guān)系數(shù)量（串并聯(lián)方案）呈加速增長趨勢，系統(tǒng)演化的復(fù)雜性隨之增加。
[0003] 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論用于研究受各種機(jī)制控制并動態(tài)變化的系統(tǒng)。針對在總電池節(jié)點(diǎn)數(shù) 量不變的條件下，模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有電壓響應(yīng)能力（串聯(lián)結(jié)構(gòu)）、電流響應(yīng)能力（并聯(lián) 結(jié)構(gòu)）兩種基本演化方式，借鑒模塊化儲能系統(tǒng)實(shí)證的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)科學(xué)的理論研究成 果，構(gòu)建模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)演化模型，利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)基本特征參數(shù)和模塊化儲能系統(tǒng)評 價(jià)指標(biāo)，對于滿足不同應(yīng)用場合的不同設(shè)計(jì)類型，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)演化規(guī)律進(jìn)行分析，開展 對相應(yīng)設(shè)計(jì)類型的評價(jià)，提出模塊化儲能系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案，指導(dǎo)裝置設(shè)計(jì)和性能改進(jìn) 具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004] 現(xiàn)有的基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的復(fù)雜系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演化分析與評價(jià)方法未明顯涉及 到通過模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建、演化方式和評價(jià)指標(biāo)等開展模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)演化分析與評價(jià)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了能夠簡單、準(zhǔn)確、有針對性的分析模塊化儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化，本發(fā)明提供基于 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的模塊化儲能系統(tǒng)演化分析方法，獲取模塊化儲能系統(tǒng)單體電池?cái)?shù)量和拓?fù)?結(jié)構(gòu)，并采用二分網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型；計(jì)算不同演化模式下的模塊化 儲能系統(tǒng)的演化評價(jià)指標(biāo)，最后根據(jù)演化評價(jià)指標(biāo)對模塊化儲能系統(tǒng)進(jìn)行演化分析。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明提供一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的模塊化儲能系統(tǒng)演化分析方法，所述方法包 括以下步驟：
[0008] 步驟1 :獲取模塊化儲能系統(tǒng)單體電池?cái)?shù)量和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0009] 步驟2 :采用二分網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型；
[0010] 步驟3 :根據(jù)演化評價(jià)指標(biāo)對模塊化儲能系統(tǒng)進(jìn)行演化分析。
[0011] 所述步驟2中，模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型中的節(jié)點(diǎn)類型包括單體電池節(jié)點(diǎn)和單體 電池間的連接點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，單體電池節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系作為連邊，單體電池節(jié)點(diǎn)分別接入相鄰連 接點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，同類節(jié)點(diǎn)間不存在連邊；單個(gè)電池節(jié)點(diǎn)和連接點(diǎn)節(jié)點(diǎn)依次相連構(gòu)成串聯(lián)模組，連 邊分別接入相臨連接點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)以上單體電池節(jié)點(diǎn)構(gòu)成并聯(lián)模組，串聯(lián)模組和并聯(lián)模組 經(jīng)并/串聯(lián)構(gòu)成模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型。
[0012] 在總的單體電池節(jié)點(diǎn)數(shù)量不變的條件下，演化模式包括第一演化模式和第二演化 模式；
[0013] 所述第一演化模式是指通過串聯(lián)模組的串聯(lián)倍增演化，擴(kuò)展模塊化儲能系統(tǒng)的電 壓等級；
[0014] 所述第二演化模式是指通過并聯(lián)模組的并聯(lián)倍增演化，擴(kuò)展模塊化儲能系統(tǒng)的電 流等級。
[0015] 所述步驟3中包括以下步驟：
[0016] 步驟3-1 :計(jì)算不同演化模式下的模塊化儲能系統(tǒng)的演化評價(jià)指標(biāo)；
[0017] 步驟3-2 :根據(jù)演化評價(jià)指標(biāo)對模塊化儲能系統(tǒng)進(jìn)行演化分析。
[0018] 所述步驟3-1中，在第一演化模式下，模塊化儲能系統(tǒng)的演化評價(jià)指標(biāo)為串聯(lián)結(jié) 構(gòu)耦合系數(shù)，串聯(lián)結(jié)構(gòu)耦合系數(shù)用n s P表示，有：
U)
[0020] 其中，Ns c表示串聯(lián)模組內(nèi)節(jié)點(diǎn)間度的總和，Nsp表示串并聯(lián)結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)度的總和；
[0021] 對于m個(gè)單體電池先串聯(lián)構(gòu)成串聯(lián)模組，之后η個(gè)串聯(lián)模組并聯(lián)的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，串 聯(lián)模組內(nèi)節(jié)點(diǎn)間度的總和N s c表示為：
[0022] Nsc= n (m-1) (2)
[0023] 串并聯(lián)結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)度的總和Nsp表示為：
[0024] Nsp= n (m-1) +η (η-1) (3)。
[0025] 所述步驟3-1中，在第二演化模式下，模塊化儲能系統(tǒng)的演化評價(jià)指標(biāo)為并聯(lián)結(jié) 構(gòu)耦合系數(shù)，并聯(lián)結(jié)構(gòu)耦合系數(shù)用η Ρ ε表示，有：
(4)
[0027] 其中，Np c表示并聯(lián)模組內(nèi)節(jié)點(diǎn)間度的總和，Nps表示并串聯(lián)結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)度的總和；
[0028] 對于η個(gè)單體電池先并聯(lián)構(gòu)成并聯(lián)模組，之后m個(gè)并聯(lián)模組串聯(lián)的并串聯(lián)結(jié)構(gòu)，并 串聯(lián)模組內(nèi)節(jié)點(diǎn)間度的總和N p c表示為：
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0033] 將模塊化儲能系統(tǒng)中的對象抽象成為模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型中的節(jié)點(diǎn)，模塊化 儲能系統(tǒng)中對象間的相互作用抽象為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的連邊，采用二分網(wǎng)絡(luò)模型建立模塊化儲 能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型，模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型的物理意義清晰，易于工程人員操作和實(shí)現(xiàn)；針 對在總單體電池節(jié)點(diǎn)數(shù)量不變的條件下，模塊化儲能系統(tǒng)有電壓響應(yīng)能力（串聯(lián)結(jié)構(gòu)）、電 流響應(yīng)能力（并聯(lián)結(jié)構(gòu)）兩種基本演化方式，定義演化評價(jià)指標(biāo)，可以有效發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演 化規(guī)律，揭示影響模塊化儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化的原因和關(guān)鍵因素，為有針對性的提出模塊化 儲能系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的模塊化儲能系統(tǒng)演化分析方法流程 圖。
[0035] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中串聯(lián)結(jié)構(gòu)耦合系數(shù)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)耦合系數(shù)的分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0037] 本發(fā)明提供一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的模塊化儲能系統(tǒng)演化分析方法，如圖1，所述 方法包括以下步驟：
[0038] 步驟1 :獲取模塊化儲能系統(tǒng)單體電池?cái)?shù)量和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0039] 步驟2 :采用二分網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型；
[0040] 步驟3 :根據(jù)演化評價(jià)指標(biāo)對模塊化儲能系統(tǒng)進(jìn)行演化分析。
[0041] 所述步驟2中，模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型中的節(jié)點(diǎn)類型包括單體電池節(jié)點(diǎn)和單體 電池間的連接點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，單體電池節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系作為連邊，單體電池節(jié)點(diǎn)分別接入相鄰連 接點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，同類節(jié)點(diǎn)間不存在連邊；單個(gè)電池節(jié)點(diǎn)和連接點(diǎn)節(jié)點(diǎn)依次相連構(gòu)成串聯(lián)模組，連 邊分別接入相臨連接點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)以上單體電池節(jié)點(diǎn)構(gòu)成并聯(lián)模組，串聯(lián)模組和并聯(lián)模組 經(jīng)并/串聯(lián)構(gòu)成模塊化儲能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型。
[0042] 在總的單體電池節(jié)點(diǎn)數(shù)量不變的條件下，演化模式包括第一演化模式和第二演化 模式；
[0043] 所述第一演化模式是指通過串聯(lián)模組的串聯(lián)倍增演化，擴(kuò)展模塊化儲能系統(tǒng)的電 壓等級；
[0044] 所述第二演化模式是指通過并聯(lián)模組的并聯(lián)倍增演化，擴(kuò)展模塊