一种基于复杂网络理论的模块化储能系统演化分析方法
【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 化储能系统演化分析方法。
【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）。在总电池单体数 量不变的条件下，模块化储能系统网络有电压响应能力（串联结构）、电流响应能力（并联 结构）两种基本演化方式。当模块化储能系统中的组成单元（电池单体）数量较大时，组 成单元之间的关系数量（串并联方案）呈加速增长趋势，系统演化的复杂性随之增加。
[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。针对在总电池节点数 量不变的条件下，模块化储能系统网络有电压响应能力（串联结构）、电流响应能力（并联 结构）两种基本演化方式，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演化模型，利用复杂网络基本特征参数和模块化储能系统评 价指标，对于满足不同应用场合的不同设计类型，实现对系统网络演化规律进行分析，开展 对相应设计类型的评价，提出模块化储能系统优化设计的方案，指导装置设计和性能改进 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演化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、演化方式和评价指标等开展模块化储能系统网络结 构演化分析与评价。
【发明内容】
[0005] 为了能够简单、准确、有针对性的分析模块化储能系统结构演化，本发明提供基于 复杂网络理论的模块化储能系统演化分析方法，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；计算不同演化模式下的模块化 储能系统的演化评价指标，最后根据演化评价指标对模块化储能系统进行演化分析。
[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演化分析方法，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 :根据演化评价指标对模块化储能系统进行演化分析。
[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] 在总的单体电池节点数量不变的条件下，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过串联模组的串联倍增演化，扩展模块化储能系统的电 压等级；
[0014] 所述第二演化模式是指通过并联模组的并联倍增演化，扩展模块化储能系统的电 流等级。
[0015] 所述步骤3中包括以下步骤：
[0016] 步骤3-1 :计算不同演化模式下的模块化储能系统的演化评价指标；
[0017] 步骤3-2 :根据演化评价指标对模块化储能系统进行演化分析。
[0018] 所述步骤3-1中，在第一演化模式下，模块化储能系统的演化评价指标为串联结 构耦合系数，串联结构耦合系数用n s P表示，有：
U)
[0020] 其中，Ns c表示串联模组内节点间度的总和，Nsp表示串并联结构中节点度的总和；
[0021] 对于m个单体电池先串联构成串联模组，之后η个串联模组并联的串并联结构，串 联模组内节点间度的总和N s c表示为：
[0022] Nsc= n (m-1) (2)
[0023] 串并联结构中节点度的总和Nsp表示为：
[0024] Nsp= n (m-1) +η (η-1) (3)。
[0025] 所述步骤3-1中，在第二演化模式下，模块化储能系统的演化评价指标为并联结 构耦合系数，并联结构耦合系数用η Ρ ε表示，有：
(4)
[0027] 其中，Np c表示并联模组内节点间度的总和，Nps表示并串联结构中节点度的总和；
[0028] 对于η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 串联模组内节点间度的总和N p c表示为：
[0032] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0033] 将模块化储能系统中的对象抽象成为模块化储能系统网络模型中的节点，模块化 储能系统中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，模块化储能系统网络模型的物理意义清晰，易于工程人员操作和实现；针 对在总单体电池节点数量不变的条件下，模块化储能系统有电压响应能力（串联结构）、电 流响应能力（并联结构）两种基本演化方式，定义演化评价指标，可以有效发现系统结构演 化规律，揭示影响模块化储能系统结构演化的原因和关键因素，为有针对性的提出模块化 储能系统优化设计提供科学依据。
【附图说明】
[0034] 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演化分析方法流程 图。
[0035] 图2是本发明实施例中串联结构耦合系数和并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演化分析方法，如图1，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 :根据演化评价指标对模块化储能系统进行演化分析。
[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] 在总的单体电池节点数量不变的条件下，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过串联模组的串联倍增演化，扩展模块化储能系统的电 压等级；
[0044] 所述第二演化模式是指通过并联模组的并联倍增演化，扩展模块