一种大容量电池储能系统自适应分区状态协调估计方法与流程

技术特征：
1.一种大容量电池储能系统自适应分区状态协调估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：电池储能系统自适应分区步骤1.1：对于电池组成方案已知的大容量电池储能系统，合并功能相同的的电池箱，将多路检测值进行等效，形成最简单元拓扑图：步骤1.2：根据分区原则，在最简单元拓扑上的电池储能系统进行分区：所述分区原则为：某一运行模式下，相同出力的关联电池箱成为最小子分区，若两个最小子分区之间有唯一的连接线l，则将连接线两端某一节点视为最小分区边界点d；基于该原则，将最简单元拓扑图分为三种区间：最大辐射分区、单连接分区和单节点分区；步骤2：电池储能系统分区状态估计：针对不同分区的电池管理系统在线监测数据，基于加权最小二乘法克服不同分区的随机误差项，开展状态估计；遍历电池储能系统最简单元拓扑图各分区，迭代计算得到系统各分区状态估计值；步骤3：全系统协调状态估计：基于分区公共边界的偏差度，对每个分区的监测数据进行动态归整，计算输出功率修正值；基于偏差系数矩阵和输出功率修正值迭代计算，实现全系统的协调状态估计。2.根据权利要求1所述的大容量电池储能系统自适应分区状态协调估计方法，其特征在于，所述步骤1.1中形成最简单元拓扑图具体步骤为：步骤a：根据不同运行模式，将相同出力的电池箱合并，并将对应支路电流、输出功率与电池容量线性叠加，端电压取平均值，绝缘电阻按并联方式取等效值；步骤b：根据不同运行模式，将同一节点的多路监测值取平均值，所述监测值包括电流、功率线性叠加、电压幅值及相位；步骤c：设最简单元拓扑图包含n个节点，用n阶节点关联方阵b来描述其拓扑结构，其内部元素b
ij
表示节点i、j之间的连接关系，i,j＝0,1,
…
,n；若二者相邻或有回路直接相连，则b
ij
＝1，否则为0；而对角线元素b
ii
则设为i节点相连节点个数，亦称为节点i最简关联度，记作b
i
。3.根据权利要求2所述的大容量电池储能系统自适应分区状态协调估计方法，其特征在于，所述所述步骤1.2中将最简单元拓扑图分为三种区间具体步骤为：步骤a：对于辐射状连接多支路的电池箱节点，将支路两侧节点中关联度较大的一侧设为最小分区边界点，并以此为基础划分出最大辐射分区；步骤b：将最大辐射分区去除后，若剩余节点之间以单支路连接，则将该支路作为单连接边界线路l，将l两端节点关联度较大的一侧作为最小分区边界点d，并在此节点上划分剩余网络，以此查出唯一支路弱连接的单连接分区；步骤c：去除最大辐射分区和单连接分区，若剩余区域存在多条支路连接的公共节点，则将其作为最小分区边界点d，并在d点上划分剩余区域，以找到剩余网络中仅有唯一连接节点的单节点分区。4.根据权利要求3所述的大容量电池储能系统自适应分区状态协调估计方法，其特征在于，所述步骤a的具体过程为：步骤a1：检索最简单元拓扑中所有关联度为1的节点，将其作为末端节点放入相连接的
待定分区中；步骤a2：检索最小分区边界点d，若d节点属于两个及以上待定分区，则将这些待定分区合并；步骤a3：若末端节点对应的电池箱已经完成一轮自适应区间划分，则将关联矩阵b中的末端节点行、列值置零，再次计算对角各元素，并重置关联矩阵b；步骤a4：重复步骤a1
‑
a3，直到所有电池箱节点关联度不等于1，得到的待定分区即为最大辐射分区。5.根据权利要求3所述的大容量电池储能系统自适应分区状态协调估计方法，其特征在于，所述步骤b的具体过程为：步骤b1：去除最大辐射分区，取两个剩余节点，列举这两个节点的任意连接通道；步骤b2：若存在所有通道的共有支路，则记为单连接线路l，选择l上关联度大的端节点作为最小分区边界点d，将剩余网络在d上进行分区；若无共有支路，则回到步骤b1，选取下一组节点；步骤b3：分区之后重复步骤b1
‑
b2，遍历所有节点，直到不再存在共有支路，最终得到单连接分区。6.根据权利要求3所述的大容量电池储能系统自适应分区状态协调估计方法，其特征在于，所述步骤c的具体过程为：步骤c1：在剩余分区中选中一个节点，断开该节点的所有连接支路；步骤c2：若剩余分区形成多个独立子区域，则将该节点作为最小分区边界点d，并在d点上进行分区；若不形成独立子区域，则回到步骤c1，选取下一个节点；步骤c3：分区之后重复步骤c1
‑
c2，遍历所有剩余节点，直到不存在单个节点，最终得到单节点分区。7.根据权利要求1所述的大容量电池储能系统自适应分区状态协调估计方法，其特征在于，所述步骤2中状态估计具体过程为：步骤2.1：对分区排序，取第n个分区目标函数j
n
(x
n
)为：式中：x
n
为第n个分区中需要估计的m维状态变量，z
n
为监测装置获取的m维监测数据序列；h
n
(x
n
)为第n个分区监测装置的非线性监测函数；r
n
为m’阶监测误差协方差方阵；步骤2.2：为准确估计给定区间的状态变量x
n
，基于监测数据z
n
找到一个状态变量估计值来使得目标函数j
n
(x
n
)最小；故将j
n
(x
n
)泰勒展开，得到各区独立状态估计算法的k阶迭代公式：式中，为m
’×
m阶监测数据的雅可比矩阵；为第k步迭代的状态变量估计值；基于以上两式进行各区状态估计的迭代计算直到满足收敛判据：
式中，为在第k步迭代中的修正量；ε
n
则为预先设定的状态估计精度；步骤2.3：当第k次迭代满足收敛判据时，认为此时已经是状态变量最准确的估计值，此时相对应的监测数据估计值为根据电池管理系统的监测数据，基于各区独立状态估计算法，遍历电池储能系统最简单元拓扑的n个自适应分区，得到系统某个状态变量对应的各个分区状态估计值。8.根据权利要求7所述的大容量电池储能系统自适应分区状态协调估计方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为：由式(2)可得，状态估计第k轮迭代的修正量为：定义各分区监测数据与公共边界点的偏差系数矩阵k
n
：列出自适应分区过程中划分的公共边界点d，将两个相邻分区n1与n2的公共边界支路电流、电池容量线性叠加，节点电压幅值与相位取平均，也即第k轮迭代后公共边界点的状态估计值为：设公共边界点b在分区n1与n2中有分区相位估计值为θ
b.n1
与θ
b.n2
，记两分区相位差δ
n2.n1
＝θ
b.n2
‑
θ
b.n1
，同理，可由参考零相位节点计算得到全系统的电压相位估计值；更新公共边界点状态估计值并反馈给相邻分区n1与n2，以同样方式遍历所有分区，则所有分区的状态估计值由变为从而计算第n个分区的输出功率修正值从而计算第n个分区的输出功率修正值在计算得到所有公共边界点及分区的状态估计修正值后，进一步引入偏差系数矩阵k
n
来实现全系统的状态协调估计，其修正公式为当时，认为全系统状态协调估计已经收敛，迭代过程结束；式中为第n个分区第k轮迭代的状态估计目标函数，ε为收敛精度。

技术总结
本发明公开了一种大容量电池储能系统自适应分区状态协调估计方法，首先对系统中相同功能的电池箱进行等效替代，形成最简单元拓扑图；再根据分区原则，在最简单元拓扑上的电池储能系统进行分区；针对不同分区的电池管理系统在线监测数据，基于加权最小二乘法克服不同分区的随机误差项，开展状态估计；遍历最简单元拓扑图各分区，迭代计算得到系统各分区状态估计值；基于分区公共边界的偏差度，对每个分区的监测数据进行动态归整，计算输出功率修正值；基于偏差系数矩阵和输出功率修正值迭代计算，实现全系统的协调状态估计。本发明解决现有分区状态估计技术冗余度大、反应速度慢的问题，避免传统方法可能造成的系统功率调度失衡和状态误判。和状态误判。和状态误判。


技术研发人员：肖先勇 陈智凡 汪颖
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2021.08.12
技术公布日：2021/11/8