一种基于复杂网络理论的模块化储能系统扩展分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统储能电池技术领域，具体涉及一种基于复杂网络理论的模块 化储能系统扩展分析方法。
【背景技术】
[0002] 储能技术是改善电力供需矛盾和实现能源可持续发展的关键技术之一。各类电化 学电池储能技术为满足实际需求须采用若干个电池模块串并联组合而成的模块化储能系 统。模块化储能系统的结构包括：基本构成元素（电池单体与其相互间的连接）、基本元素 组成的网络支路（串并联支路）、多层支路构成的子网络（满足实际要求的最小网络单元） 和多个子网络构成的储能系统（满足负荷需求的多个子网络系统）。当模块化储能系统中 的组成单元（电池单体）数量稳定的线性增长时，组成单元之间的关系（串并联方案）却 呈加速增长趋势，系统扩展的复杂性随之增加。
[0003] 复杂网络理论用于研究受各种机制控制并动态变化的系统。借鉴模块化储能系统 实证的设计经验和系统科学的理论研究成果，构建模块化储能系统网络扩展模型，利用复 杂网络基本特征参数和模块化储能系统评价指标，对于如何增加电池单体数量和调整连接 方式，如何与实际需求和条件相结合实现大规模模块化储能系统的扩展进行分析和评价， 从而实现模块化储能系统优化设计具有重要的现实意义。
[0004] 现有的基于复杂网络理论的复杂系统网络结构扩展分析与评价方法未明显涉及 到通过模块化储能系统网络模型构建、扩展方式和评价指标等开展模块化储能系统网络结 构扩展分析与评价。
【发明内容】
[0005] 为了能够简单、准确的进行模块化储能系统网络结构随电池节点数量扩增而扩展 的分析，本发明提供一种基于复杂网络理论的模块化储能系统扩展分析方法，获取模块化 储能系统单体电池数量和拓扑结构，并采用二分网络模型构建模块化储能系统网络模型； 计算不同扩展模式下的模块化储能系统的扩展评价指标，最后根据扩展评价指标对模块化 储能系统进行扩展分析。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0007] 本发明提供一种基于复杂网络理论的模块化储能系统扩展分析方法，所述方法包 括以下步骤：
[0008] 步骤1 :获取模块化储能系统单体电池数量和拓扑结构；
[0009] 步骤2 :采用二分网络模型构建模块化储能系统网络模型；
[0010] 步骤3 :根据扩展评价指标对模块化储能系统进行扩展分析。
[0011] 所述步骤2中，模块化储能系统网络模型中的节点类型包括单体电池节点和单体 电池间的连接点节点，单体电池节点的连接关系作为连边，单体电池节点分别接入相邻连 接点节点，同类节点间不存在连边；单个电池节点和连接点节点依次相连构成串联模组，连 边分别接入相临连接点节点的两个以上单体电池节点构成并联模组，串联模组和并联模组 经并/串联构成模块化储能系统网络模型。
[0012] 在总单体电池节点数量扩增条件下，扩展模式包括第一扩展模式和第二扩展模 式；
[0013] 所述第一扩展模式是指通过串联模组的串联倍增扩展，扩展模块化储能系统的电 压/功率/容量等级；
[0014] 所述第二扩展模式是指通过并联模组的并联倍增扩展，扩展模块化储能系统的电 流/功率/容量等级。
[0015] 所述步骤3包括以下步骤：
[0016] 步骤3-1 :计算不同扩展模式下的模块化储能系统的扩展评价指标；
[0017] 步骤3-2 :根据扩展评价指标对模块化储能系统进行扩展分析。
[0018] 所述步骤3-1中，在第一扩展模式下，模块化储能系统的扩展评价指标为串并联 结构耦合系数，串并联结构耦合系数用nSP表示，有：
[0019]
⑴
[0020] 其中，NSP表示串并联结构中节点度的总和，N表示模块化储能系统相应的全局耦 合网络中节点度的总和；
[0021] 对于m个单体电池先串联构成串联模组，之后n个串联模组并联的串并联结构，串 并联结构中节点度的总和NSP表示为：
[0022] NSP=n(m-1)+n(n-1) (3)
[0023] 模块化储能系统相应的全局耦合网络中节点度的总和N表示为：
[0024]
(4)。
[0025] 所述步骤3-2中，在第二扩展模式下，模块化储能系统的扩展评价指标为并串联 结构耦合系数，并串联结构耦合系数用nPS表示，有：
[0026]
(5)
[0027] 其中，NPS表示并串联结构中节点度的总和；
[0028] 对于n个单体电池先并联构成并联模组，之后m个并联模组串联的并串联结构，并 串联结构中节点度的总和^^表不为：
[0029]
(6)。
[0030] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0031] 本发明针对模块化储能系统的拓扑结构，将模块化储能系统中的对象抽象成为复 杂网络中的节点，对象间的相互作用抽象为网络节点间的连边，采用二分网络模型建立模 块化储能系统网络模型，该网络模型的物理意义清晰，易于工程人员操作和实现；
[0032] 针对在总单体电池节点数量扩增条件下，通过串联模组的串联倍增扩展，扩展模 块化储能系统的电压/功率/容量等级；并联模组的并联倍增扩展，扩展模块化储能系统的 电流/功率/容量等级两种扩展模式，利用扩展评价指标可以有效发现模块化储能系统结 构的扩展规律，揭示影响模块化储能系统结构扩展。
【附图说明】
[0033]图1是本发明实施例中基于复杂网络理论的模块化储能系统扩展分析方法流程 图；
[0034]图2是本发明实施例中串并联结构耦合系数的分布图；
[0035]图3是本发明实施例中并串联结构耦合系数的分布图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0037] 本发明提供一种基于复杂网络理论的模块化储能系统扩展分析方法，所述方法包 括以下步骤：
[0038] 步骤1 :获取模块化储能系统单体电池数量和拓扑结构；
[0039] 步骤2 :采用二分网络模型构建模块化储能系统网络模型；
[0040] 步骤3 :根据扩展评价指标对模块化储能系统进行扩展分析。
[0041] 所述步骤2中，模块化储能系统网络模型中的节点类型包括单体电池节点和单体 电池间的连接点节点，单体电池节点的连接关系作为连边，单体电池节点分别接入相邻连 接点节点，同类节点间不存在连边；单个电池节点和连接点节点依次相连构成串联模组，连 边分别接入相临连接点节点的两个以上单体电池节点构成并联模组，串联模组和并联模组 经并/串联构成模块化储能系统网络模型。
[0042] 在总单体电池节点数量扩增条件下，扩展模式包括第一扩展模式和第二扩展模 式；
[0043] 所述第一扩展模式是指通过串联模组的串联倍增扩展，扩展模块化储能系统的电 压/功率/容量等级；
[0044] 所述第二扩展模式是指通过并联模组的并联倍增扩展，扩展模块化储能系统的电 流/功率/容量等级。
[0045] 所述步骤3包括以下步骤：
[0046] 步骤3-1 :计算不同扩展模式下的模块化储能系统的扩展评价指标；
[0047] 步骤3-2 :根据扩展评价指标对模块化储能系统进行扩展分析。
[0048] 所述步骤3-1中，在第一扩展模式下，模块化储能系统的扩展评价指标为串并联 结构耦合系数，串并联结构耦合系数用nSP表示，有：
[0049]
⑴
[0050] 其中，NSP表示串并联结构中节点度的总和，N表示模块化储能系统相应的全局耦 合网络中节点度的总和；
[0051] 对于m个单体电池先串联构成串联模组，之后n个串联模组并联