一种电化学储能寿命衰减量化方法、系统及电子设备与流程

本发明涉及新型电力系统储能寿命量化与运行，特别是涉及一种电化学储能寿命衰减量化方法、系统及电子设备。

背景技术：

1、为应对全球气候变化问题，通过扩大可再生能源装机规模的方式推动电力系统低碳转型已成为各国普遍共识。但新能源显著的随机性与波动性特征为电力系统的安全稳定运行带来了极大的挑战，因此需要配置大量的储能资源以满足系统多类型需要。2023年上半年，中国投运新型储能装机规模达8.63gw，其中以锂离子电池为代表的电化学储能占比在97％以上。考虑到电化学储能具有配置灵活、能量密度高等优点，因此其在可预见的未来内，其配置规模将呈现爆发式增长。随着新能源占比的增高，新型电力系统面临着跨季节电量平衡难度大、日内电力调节需求陡增、频率稳定裕度下降等一系列问题。电化学储能作为一种响应速度快、配置容量灵活的关键资源，其不仅能够参与系统的电力电量平衡过程，还能在频率扰动后提供惯量支撑与快速频率响应能力，对电力系统的安全稳定运行有着重要的作用。但随着储能多元作用的展现，其充放电功率与soc变化更加剧烈，需要进一步对其运行策略开展分析。

2、在电化学储能运行过程中，由于其自身化学特性的影响，电化学储能的使用寿命与可用容量随着充放电行为的增多呈缓慢下降趋势。现有研究表明：电化学储能运行过程中的寿命衰减受到内部与外部两种因素影响。前者包括正负极材料、电解液性质、内部工作原理等，电化学储能运行环节影响较小。后者包括主要与循环深度、平均soc、充放电倍率等因素，与电化学储能的运行操作关联明显。其中循环深度是指电化学储能运行过程中一个充放电循环所造成的soc变化绝对值，是电化学储能运行过程中影响寿命衰减的主要因素。在电化学储能运行过程中，忽略寿命衰减的影响容易导致电化学储能频繁进行充放电，进而导致寿命快速衰减，并导致运行模型不准确，不利于准确评估电化学储能对于系统的作用，影响新型电力系统安全可靠运行。与此同时，电化学储能发挥其多元作用需要在短时间内释放大量的功率，其不同作用所需的充放电功率不同，进而其造成的寿命衰减程度也不尽相同。因此有必要探索不同充放电行为下的寿命衰减程度表征方法，并通过运行指标进行表征，从而量化储能多元作用的合理影响，从而更好地指导储能参与新型电力系统安全稳定运行过程。

3、现有的电化学储能寿命衰减模型大多根据实验或运行经验得到，难以直接应用于电化学储能的运行模型之中。同时现有研究只考虑了储能正常充放电功率的影响，没有考虑电化学储能具有的多元作用。因此本发明考虑电化学储能参与电力电量平衡、惯量支撑、快速频率响应三方面的过程，通过分段线性化的方法提出单位寿命衰减系数计算方法，并根据计及寿命衰减的运行模型量化电化学储能寿命衰减程度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电化学储能寿命衰减量化方法、系统及电子设备，考虑储能充放电行为对于电化学使用寿命的影响，提高电化学储能寿命衰减量化精度，从而更好地指导储能投资规模与运行策略的确定，有利于推动新型电力系统高质量发展。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种电化学储能寿命衰减量化方法，包括：

4、获取电化学储能系统的运行参数，结合多元应用建立电化学储能运行场景；所述多元应用包括：参与电力电量平衡、提供虚拟惯量和参与动态频率响应；

5、建立电化学储能寿命衰减函数，并确定电化学储能系统的差异化单位寿命衰减系数；

6、根据所述多元应用和差异化单位寿命衰减系数，构建电化学储能运行模型；

7、根据所述运行场景求解电化学储能运行模型，得到电化学储能系统的寿命衰减量化结果。

8、可选的，获取电化学储能系统的运行参数，结合多元应用建立电化学储能运行场景，包括：

9、获取电化学储能系统的运行参数；所述运行参数包括系统负荷曲线、机组出力和新能源出力；

10、根据所述运行参数，确定电化学储能系统参与电力电量平衡的服务需求；

11、根据所述运行参数，确定电化学储能系统参与动态频率响应的服务需求；

12、采用k-means聚类算法对电化学储能系统参与电力电量平衡的服务需求和参与动态频率响应的服务需求对应的运行参数，进行聚类处理，得到多个储能运行场景。

13、可选的，电化学储能系统参与电力电量平衡的服务需求为：

14、

15、其中，δpess,t为t时刻系统所需的储能功率需求；ψ(d)为负荷节点集合；ld,t为t时刻第d个负荷节点的负荷；ψ(g)为火电机组节点集合；pi,t为t时刻第i个火电机组节点出力；ψ(w)为风电节点集合；pw,t为t时刻第w个风电节点出力；ψ(s)为光伏节点集合；ps,t为t时刻第s个光伏节点出力；

16、电化学储能系统参与动态频率响应的服务需求为：

17、

18、δpe,t为t时刻系统频率响应功率需求。

19、可选的，建立电化学储能寿命衰减函数，并确定电化学储能系统的差异化单位寿命衰减系数，包括：

20、建立电化学储能寿命衰减函数；

21、将所述电化学储能寿命衰减函数平均划分为多个电化学储能寿命衰减函数段；

22、确定多个电化学储能寿命衰减函数段的斜率为电化学储能系统的差异化单位寿命衰减系数。

23、可选的，所述电化学储能寿命衰减函数为：

24、

25、

26、

27、其中，lage为电化学储能系统的寿命衰减情况；φ(δk)为实现循环深度至储能循环老化映射的多项式函数；k为充放电循环的序号；k为研究周期内循环的总个数；κ1为第一形状参数；κ2为第二形状参数；δk为储能运行过程中第k个循环的循环深度；cage为储能总的寿命衰减影响；为t时刻充放电功率引起的寿命衰减程度；δt为储能在t时刻充放电循环导致的循环深度；r为储能更换影响。

28、可选的，电化学储能运行模型包括目标函数和约束条件；

29、所述约束条件包括：电化学储能参与惯量响应约束、电化学储能参与快速频率响应约束、电化学储能参与电力电量平衡约束、电化学储能运行约束和分段线性化约束；

30、所述目标函数为：

31、max f＝roper+rh+rfr-cop-cage；

32、

33、

34、

35、

36、

37、其中，f为电化学储能运行总指标；roper为电力电量平衡指标；rh为惯量响应指标；rfr为快速频率响应指标；cop为储能单日运维指标；cage为储能老化指标；nes为电化学储能电站个数；t为运行总小时数；ce,t为t时刻系统的电力电量指标系数；pn,d,t为第n台电化学储能电站在t时刻用于电力电量平衡的充电功率；pn,c,t为第n台电化学储能电站在t时刻用于电力电量平衡的放电功率；δt为调度时长；ch,t为t时刻系统的惯量支撑辅助服务指标系数；为电化学储能参与惯量响应过程中的最大惯量支撑功率；πn,h为第n台电化学储能电站被调用参与惯量支撑的概率；cfr,t为t时刻系统的快速频率响应辅助服务指标系数；pn,fr,t为电化学储能参与快速频率响应的功率；πn,fr为第n台储能被调用参与快速频率响应的概率；cop,n为第n台电化学储能电站的日均维护指标系数；pn为电化学储能电站额定功率；为第n台电化学储能电站在t时刻第h段所对应的充电功率；为第n台电化学储能电站在t时刻第h段所对应的放电功率。

38、可选的，所述电化学储能参与惯量响应约束为：

39、

40、其中：hn为电化学储能提供的虚拟惯量；为储能最大的惯量时间常数；frocof，max为系统允许的最大频率变化率；f0为系统频率；hi为为第i台火电机组提供的惯量；为火电机组的惯性时间常数；pi,max为火电机组i的出力上限；ii,t为机组i在t时刻的启停变量；hsys为系统等效惯量；hn为电化学储能提供的虚拟惯量；frocof，0为扰动初始时刻的频率变化率；

41、电化学储能参与快速频率响应约束为：

42、

43、其中，λi,pfr为火电机组调频功率上限约束；为第i台火电机组在t时刻的调频出力；pi，t为第i台火电机组在t时刻的出力；λes,pfr为储能调频功率上限约束；pg,pfr,t为火电机组在t时刻提供的调频容量之和；pes,pfr,t为储能在t时刻提供的调频容量之和；δpe为系统频率响应功率需求；tg为火电机组达到给定调频功率所需的时间；tes分别为储能达到给定调频功率所需的时间；δfmax为系统所允许的最大频率偏差。

44、电化学储能参与电力电量平衡约束为：

45、

46、其中，δpess，t为t时刻系统所需的储能充放电功率；

47、电化学储能运行约束为：

48、

49、其中，p'n,d,t为储能计及惯量支撑与调频功率的等效放电功率；en,,t为t时刻n节点储能的soc；en,min为储能的电量下限；en，max为储能的电量上限；en,,t-1为t-1时刻n节点储能的soc；ηc为储能的充电效率；ηd为储能的放电效率；t0为初始时刻；en,,t为t时刻第n个节点储能的soc；en,,t0为初始时刻t0第n个节点储能的soc；

50、分段线性化约束为：

51、

52、其中，为第n个储能在第h个电化学储能寿命衰减函数段0时刻所对应的soc；为第n个储能在第h个电化学储能寿命衰减函数段的soc上限；为第n个储能在第ζ个电化学储能寿命衰减函数段0时刻所对应的soc；为第n个储能在第h个电化学储能寿命衰减函数段t-1时刻所对应的soc；为第n个储能在第h个电化学储能寿命衰减函数段t时刻所对应的soc；为第n个储能在第h个电化学储能寿命衰减函数段t时刻所对应的充电功率；为第n个储能在第h个电化学储能寿命衰减函数段t时刻所对应的放电功率。

53、可选的，所述寿命衰减量化结果为：

54、

55、其中，lh为第h个电化学储能寿命衰减函数段的单位寿命衰减系数。

56、一种电化学储能寿命衰减量化系统，包括：

57、场景生成模块，用于获取电化学储能系统的运行参数，结合多元应用建立电化学储能运行场景；所述多元应用包括：参与电力电量平衡和参与动态频率响应；

58、寿命衰减函数构建模块，用于建立电化学储能寿命衰减函数，并确定电化学储能系统的差异化单位寿命衰减系数；

59、电化学储能运行模型构建模块，用于根据所述多元应用和差异化单位寿命衰减系数，构建电化学储能运行模型；

60、量化结果输出模块，用于根据所述运行场景求解电化学储能运行模型，得到电化学储能系统的寿命衰减量化结果。

61、一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行所述的一种电化学储能寿命衰减量化方法；所述存储器为可读存储介质。

62、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

63、本发明提供的一种电化学储能寿命衰减量化方法、系统及电子设备；获取系统运行参数，考率储能多元应用可能性，建立电化学储能运行场景；建立电化学储能衰减函数，计算电化学储能差异化单位寿命衰减系数；考虑储能的老化系数及多元作用，构建储能运行模型；根据运行场景及运行周期内的参数变动，求解电化学储能运行模型，得到电化学储能的寿命衰减量化结果，能够在传统电化学储能衰减量化方法的基础上进一步提高储能寿命衰减量化计算效率，并考虑新型电力系统中电化学储能参与电力电量平衡、惯量支撑与快速频率调节的作用，更精确地量化量化电化学储能发挥多元应用时充放电所带来的寿命衰减程度及其代价，进而更好地表征电化学储能的多元作用，有助于延长电化学储能设备的使用寿命、指导电化学储能运行的合理决策，达到引导电化学储能合理投资运行，推动新型电力系统高质量发展的效果。使用分段线性化的方法构建了电化学储能线性化寿命衰减函数，推导了差异化的储能单位寿命衰减系数。从而表征不同充放电行为对于储能寿命的影响，量化不同应用场景及规模下电化学储能的寿命衰减影响。对比现有方法能够更快速地量化储能的寿命衰减程度，避免了大量且非线性的储能循环统计计算过程；电化学储能单位寿命衰减量化方法能够被应用于储能运行模型之中，有助于进一步精细化表征储能运行各项参数及其影响，有助于帮助储能投资者与运营者准确认识储能实际作用，避免频繁充放电导致的寿命衰减现象。从而引导电化学储能合理投资，指导电化学储能实际运行，延长电化学储能使用寿命；不仅考虑了电化学储能通过常规充放电行为参与系统电力电量平衡，还考虑了电化学储能在提供惯量支撑与快速频率响应方面的应用。通过考虑多种应用场景发挥电化学储能的优势，有利于进一步扩大并明确电化学储能的作用维度，保障电力系统安全稳定运行。