一种蓄电池阵列多目标优化设计方法与流程

本发明涉及一种蓄电池阵列设计，特别涉及一种蓄电池阵列多目标优化设计方法。

背景技术：

随着蓄电池储能技术的不断发展，蓄电池充放电次数及其安全性等得到不断提高，太阳能供电系统被广泛应用于在线监测系统、通信系统等野外负载，但是如何设计经济且供电可靠的蓄电池阵列却没有形成统一的方法。

目前多数蓄电池阵列在设计时没有考虑两次最长连续阴雨最短间隔数，当两次最长连续阴雨间隔数较小时，由于蓄电池没有及时补充电能将无法保证第二次最长连续阴雨天时可靠供电；有的方法虽然考虑了两次最长连续阴雨最短间隔数，但没有考虑蓄电池充电效率、阵列经济性及供电可靠性，导致蓄电池阵列成本较高或者供电可靠性较差。

技术实现要素：

本发明是针对蓄电池阵列设计存在的问题，提出了一种蓄电池阵列多目标优化设计方法，设计出的蓄电池阵列经济性好、供电可靠性高。

本发明的技术方案为：一种蓄电池阵列多目标优化设计方法，具体包括如下步骤：

1)通过蓄电池阵列设计输出电压U_BO和单体蓄电池额定电压U_BB求取蓄电池串联数；

2)根据负载额定功率W_L和最长连续阴雨天数N_L，求取蓄电池阵列最小总容量Q_Bmin；

3)蓄电池按照环境，设定蓄电池并联数N_BV初始值为允许最小值；

4)根据阵列最小总容量Q_Bmin与蓄电池串并联数求取单体蓄电池最小容量Q_B0min并选取对应的单体蓄电池，实际选取的蓄电池容量Q_BO应不小于Q_Bomin；

5)相同额定电压的蓄电池作为数据库，以数据库中最大单体蓄电池额定容量作为筛选条件，判断单体蓄电池容量是否超过允许最大单体蓄电池容量，若否，选取，转入步骤6)，若是，不选，则转入步骤7)；；

6)根据单体蓄电池价格、蓄电池串并联数、蓄电池在正常生命周期内的潜在故障概率和连接线缆潜在故障概率求取阵列的首次蓄电池成本、更换蓄电池成本、蓄电池连接线缆成本、阵列总成本和阵列潜在故障概率，并保存各计算结果；

7)判断蓄电池并联数是否为允许最大值，若否，则转入步骤8)，若是，则转入步骤9)；

8)蓄电池并联数自加1，并转入步骤4)；

9)综合考虑阵列经济性及供电可靠性，计算对应蓄电池并联数的阵列综合系数；

10)通过比较选取阵列综合系数最小的设计方案，设计结束。

所述步骤6)具体计算公式如下：

n＝N_BHN_BV

Y_0B＝nM_B

Y_DB＝K_DB(n+N_BV-2)M_B

Y_B＝Y_0B+Y_HB+Y_DB

P_BAPF＝1-(1-P_BPF)ⁿ(1-P_WPF)²ⁿ

式中：n为单体蓄电池数量，Y_0B为阵列的首次蓄电池成本、Y_HB为更换蓄电池成本、Y_DB为蓄电池连接线缆成本、Y_B为阵列总成本、P_BAPF为阵列潜在故障概率；N_BH为蓄电池串联数，N_BV为蓄电池并联数，M_B为单体蓄电池价格；P_BPF为蓄电池在正常生命周期内的潜在故障概率，K_DB为单体蓄电池连接线缆成本系数，P_WPF为连接线缆潜在故障概率。

所述步骤9)中阵列综合系数K_B的计算公式为：

式中：Y_Bmin为所有蓄电池阵列方案中的最低总价。

本发明的有益效果在于：本发明蓄电池阵列多目标优化设计方法，通过综合考虑两次最长连续阴雨天数及其最短间隔天数，可有效保证设备在阴雨时期设备的供电可靠性；通过单体蓄电池价格、蓄电池串并联数、蓄电池在正常生命周期内的潜在故障概率和连接线缆潜在故障概率求取阵列总成本和阵列潜在故障概率，对阵列经济性和供电可靠性有一定评价，综合考虑蓄电池阵列经济性和供电可靠性，进一步求取阵列综合系数，选取阵列综合系数最小值为最优设计方案，可有效提高蓄电池阵列的综合性能。

附图说明

图1为本发明蓄电池阵列多目标优化设计方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的蓄电池阵列多目标优化设计方法，包括以下步骤：

步骤S1，通过蓄电池阵列设计输出电压U_BO和单体蓄电池额定电压U_BB求取蓄电池串联数，蓄电池串联数最小值N_BHmin计算公式为：

式中：蓄电池实际串联数N_BH为不小于N_BHmin的正整数，且最小值为1；

步骤S2，根据负载额定功率W_L和最长连续阴雨天数N_L，求取蓄电池阵列最小总容量Q_Bmin，其计算公式为：

式中：A为安全系数，取1.1-1.4；U_L为负载额定电压；K_T为蓄电池温度补偿系数，一般0℃以上取1.0，0℃～-10℃取1.1，-10℃以下取1.2；C_C为蓄电池放电深度，一般免维护铅酸蓄电池取0.75，碱性镍镉蓄电池和磷酸铁锂电池取0.85；η_KF为控制器转换效率；

步骤S3，蓄电池按照环境，设定蓄电池并联数N_BV初始值为允许最小值；

步骤S4，根据阵列最小总容量Q_Bmin与蓄电池串并联数求取单体蓄电池最小容量Q_B0min并选取对应的单体蓄电池，Q_B0min计算公式为：

式中：实际选取的蓄电池容量Q_BO应不小于Q_Bomin；

步骤S5，相同额定电压的蓄电池作为数据库，以数据库中最大单体蓄电池额定容量作为筛选条件，判断单体蓄电池容量是否超过允许最大单体蓄电池容量，若否，选取，转入步骤S6，若是，不选，则转入步骤S7；

步骤S6，根据单体蓄电池价格M_B、蓄电池串并联数N_BV、蓄电池在正常生命周期内的潜在故障概率P_BPF和连接线缆潜在故障概率P_WPF，求取阵列的首次蓄电池成本Y_0B、更换蓄电池成本Y_HB和蓄电池连接线缆成本Y_DB、阵列总成本Y_B和阵列潜在故障概率P_BAPF，并保存各计算结果，具体计算公式如下：

n＝N_BHN_BV

Y_0B＝nM_B

Y_DB＝K_DB(n+N_BV-2)M_B

Y_B＝Y_0B+Y_HB+Y_DB

P_BAPF＝1-(1-P_BPF)ⁿ(1-P_WPF)²ⁿ

式中：n为单体蓄电池数量，K_DB为蓄电池阵列连接线缆成本系数；

步骤S7，判断蓄电池并联数是否为允许最大值，若否，则转入步骤S8，若是，则转入步骤S9；

步骤S8，蓄电池并联数N_BV＝N_BV+1，并转入步骤S4；

步骤S9，综合考虑阵列经济性及供电可靠性，计算对应蓄电池并联数的阵列综合系数，其计算公式为：

式中：Y_Bmin为所有蓄电池阵列方案中的最低总价；K_B越大，蓄电池阵列经济性和供电可靠性综合性能越低。

步骤S10，通过比较选取阵列综合系数最小的设计方案，设计结束。