一种电池荷电状态估计方法、装置、计算机设备及介质与流程

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池荷电状态估计方法、装置、计算机设备及介质。

背景技术：

1、目前，在电力系统中风力发电和光伏发电的装机容量不断增加。由于风力发电和光伏发电存在波动性和间歇性，因此电力系统对储能的需求变得更为迫切。电池储能因其高效、环保、灵活等优点，正在得到越来越多的应用和研究。

2、然而，当前电池储能系统(battery energy storage system，bess)是通过电池固定串并联形成的。该种方式形成的bess存在着显著的缺陷。例如，电池之间的特性差异会导致“短板效应”，单个故障电池无法隔离可能会导致故障蔓延，产生系统级故障。这些缺陷直接影响着bess的使用寿命、效率和安全性。为了克服这些缺陷，动态可重构电池储能系统被提出，其核心是动态可重构电池网络(dynamic reconfigurable battery network，drbn)。目前，相关文献中已经提出了drbn的多种拓扑结构。在drbn的多种拓扑结构中，每个电池单元连接有至少一个开关。在图1中，每个电池单元连接一个开关，在图2中，每个电池单元连接五个开关。

3、电池单元(battery unit，bu)是drbn的最小管控单元，为电池单体或者电池模组。drbn利用低功耗功率半导体开关器件将bu柔性连接，并通过开关的通断对bu进行均衡控制与故障隔离。这显著提高了bess的寿命、效率和安全性。

4、为了实现drbn的均衡控制与故障隔离功能，需要实时估计网络中bu的状态和模型参数。在状态估计中，最为关键的是估计drbn中bu的荷电状态(state of charge，soc)。因为精准的soc估计能够防止bu过冲、过放，并对bess的能量管理至关重要。

5、现有技术中，在对drbn中单个电池单元的荷电状态进行估计时，仅仅利用了单个电池单元的模型对其荷电状态进行估计，忽略了动态可重构电池网络中各电池单元之间的拓扑约束、协同作用，因此导致估计得到的荷电状态准确性不高。

技术实现思路

1、为提高对荷电状态估计的准确性，本发明提出了一种电池荷电状态估计方法、装置、计算机设备及介质。

2、第一方面，本发明提供了一种电池荷电状态估计方法，该方法包括：

3、获取当前时刻动态可重构电池网络的第一输出电流和第一观测量，历史时刻动态可重构电池网络的第二输出电流、第二观测量和状态量；

4、根据第一观测量和第二观测量，估计动态可重构电池网络中各电池单元在预构建的状态空间模型中的电路模型参数，在状态空间模型中通过割集矩阵表示动态可重构电池网络中各电池单元之间的拓扑结构；

5、根据第一输出电流、第二输出电流、第一观测量和状态量，以及状态空间模型中的电路模型参数，估计当前时刻各电池单元的荷电状态。

6、考虑到动态可重构电池网络是通过各电池单元的协同操作实现储能作用的，各电池单元之间由于电池网络的拓扑约束，会存在耦合作用，因此，通过上述方法，通过考虑了各电池单元之间拓扑结构的状态空间模型对各电池单元的电路模型参数进行估计，进一步根据第一输出电流、第二输出电流、第一观测量和状态量，以及得到的电路模型参数，估计各电池单元的荷电状态，在状态空间模型中，考虑了各电池单元之间的拓扑约束、耦合作用，使得估计得到的电池单元的电路模型参数和荷电状态更加准确，更加贴合实际情况，为实现动态可重构电池网络的均衡控制与故障隔离功能提供依据，从而提高动态可重构电池网络的稳定性。

7、在一种可选的实施方式中，状态空间模型的构建步骤包括：

8、确定动态可重构电池网络的支路特性约束和拓扑约束；

9、根据支路特性约束和拓扑约束，将各电池单元的荷电状态和极化电压作为状态量，确定动态可重构电池网络的状态方程；

10、将各电池单元的端电流和端电压作为观测量，构建动态可重构电池网络的观测方程；

11、将状态方程和观测方程合并，得到状态空间模型。

12、通过上述实施方式，状态空间模型中的状态方程是根据各电池单元之间的支路特性约束和拓扑约束确定的，也就是说状态空间模型中的状态方程中考虑到了各电池单元之间的拓扑约束、耦合作用。

13、在一种可选的实施方式中，确定动态可重构电池网络的支路特性约束，包括：

14、获取各电池单元与动态可重构电池网络中各支路之间的关联关系；

15、根据各关联关系，确定动态可重构电池网络的支路特性约束。

16、在一种可选的实施方式中，确定动态可重构电池网络的拓扑约束，包括：

17、获取动态可重构电池网络中各割集与各支路之间的割集矩阵；

18、根据割集矩阵，确定动态可重构电池网络的拓扑约束。

19、在一种可选的实施方式中，将状态方程和观测方程合并，得到状态空间模型，包括：

20、将状态方程和观测方程合并，得到初始状态空间模型；

21、将初始状态空间模型离散化，得到状态空间模型。

22、在一种可选的实施方式中，根据第一观测量和第二观测量，估计各电池单元在预构建的状态空间模型中的电路模型参数，包括：

23、根据第一观测量和第二观测量，利用滑窗最小二乘方法估计各电池单元在状态空间模型中的电路模型参数。

24、通过上述实施方式，由于动态可重构电池网络中各电池单元处于间歇式脉冲充放电状态，而间歇式脉冲充放电可以提供给更多关于电池系统动态特性的信息，各电池单元电流的间歇脉冲特性有利于提高滑窗最小二乘方法对电路模型参数估计的准确性。

25、在一种可选的实施方式中，根据第一输出电流、第二输出电流、第一观测量和状态量，以及状态空间模型中的电路模型参数，估计当前时刻各电池单元的荷电状态，包括：

26、根据第一输出电流、第二输出电流、第一观测量和状态量，以及状态空间模型中的电路模型参数，利用拓展卡尔曼滤波方法，估计当前时刻各电池单元的荷电状态。

27、通过上述实施方式，由于各电池单元的电路模型参数是通过考虑了各电池单元之间拓扑约束的状态空间模型估计得到的，进一步的，根据电路模型参数、输出电流、历史时刻各电池单元的荷电状态、历史时刻各电池单元的极化电压，估计得到的各电池单元荷电状态的准确性也会提高。

28、第二方面，本发明还提供了一种电池荷电状态估计装置，该装置包括：

29、获取模块，用于获取当前时刻动态可重构电池网络的第一输出电流和第一观测量，历史时刻动态可重构电池网络的第二输出电流、第二观测量和状态量；

30、第一估计模块，用于根据第一观测量和第二观测量，估计动态可重构电池网络中各电池单元在预构建的状态空间模型中的电路模型参数，在状态空间模型中通过割集矩阵表示动态可重构电池网络中各电池单元之间的拓扑结构；

31、第二估计模块，用于根据第一输出电流、第二输出电流、第一观测量和状态量，以及状态空间模型中的电路模型参数，估计当前时刻各电池单元的荷电状态。

32、考虑到动态可重构电池网络是通过各电池单元的协同操作实现储能作用的，各电池单元之间由于电池网络的拓扑约束，会存在耦合作用，因此，通过上述装置，通过考虑了各电池单元之间拓扑结构的状态空间模型对各电池单元的电路模型参数进行估计，进一步根据第一输出电流、第二输出电流、第一观测量和状态量，以及得到的电路模型参数，估计各电池单元的荷电状态，在状态空间模型中，考虑了各电池单元之间的拓扑约束、耦合作用，使得估计得到的电池单元的电路模型参数和荷电状态更加准确，更加贴合实际情况，为实现动态可重构电池网络的均衡控制与故障隔离功能提供依据，从而提高动态可重构电池网络的稳定性。

33、第三方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行第一方面或第一方面的任一实施方式的电池荷电状态估计方法的步骤。

34、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现第一方面或第一方面的任一实施方式的电池荷电状态估计方法的步骤。