【技術實現步驟摘要】
本公開涉及液流電池，尤其涉及一種基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法及液流電池的數字化系統。
技術介紹
1、液流電池(redox?flow?battery,rfb)作為一種新型的大型電化學儲能裝置，具有容量高、使用領域廣泛，循環使用壽命長等特點，對于減輕供配電網波動、削峰填谷和合理存儲、轉化可再生能源等方面都有積極作用。但是液流電池在制造過程中存在諸如材料、制造工藝等方面的不一致性，導致組成電堆的液流電池單元(電池單體,battery?unit)在電壓、內阻及容量等電池特性上的不一致。在充放電過程中，液流電池單元工作環境(如工作溫度、周圍接觸的其它液流電池單元工作狀況等)的不同會進一步導致各自的工作狀態、老化程度的漸變和差異。液流電池單元的個體差異導致了由此集成的單電堆(電池模塊,module)和多電堆(電池組,pack)儲能系統存在木桶效應，致使液流儲能系統無法有效地(在充電過程中)補充能量和(在放電過程中)釋放能量，從而引起該系統的利用率大大降低。對于兆瓦級的大型液流電池儲能系統來說，存在大量的以串并聯方式連接的液流電池單元，故上述問題很難避免。而解決這一問題的關鍵是對電堆內部和電堆之間進行合理的均衡布置和均衡控制，這是保證液流電池儲能系統長期有效運行的關鍵技術。
2、從電池均衡評價指標來看，在國內外的相關研究中，有將電池電壓不一致性作為評價指標進行均衡控制策略研究的；有將電池容量作為研究對象，通過均衡控制策略來提高容量利用率的；也有通過均衡控制策略來改善電池荷電狀態(state?of?charg
3、電池soh(state?of?health)是指電池的健康狀況，包括容量、功率、內阻等性能，更多情況下是對電池組壽命的預測，soh值為測量的電池實際容量與額定容量之比。目前儲能電池soh估計方法主要有直接測量法、基于模型的方法和基于數據驅動的方法。建立準確且全面的仿真預測模型是加快研發測試進度、判斷電池性能及容量衰減情況和提高電堆效率的基礎。
4、液流電池的上述特征和故障模式可能會影響相關系統的可靠性和安全性，需要考慮綜合運用多種故障判斷方法和評價指標來及時判斷電池的狀態，發現潛在的故障，并采取相應的維修措施，來確保液流電池系統的穩定運行。
技術實現思路
1、本公開提供了一種基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法及液流電池的數字化系統，以至少解決現有技術中存在的以上技術問題。
2、本公開第一方面提供了一種基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，所述液流電池包括正極儲液罐、負極儲液罐，具有正極室和負極室的電堆，連接在所述正極儲液罐與所述正極室之間的正極進液管道和正極出液管道，安裝在正極進液管道上的循環泵以及輔助設備，連接在所述負極儲液罐與所述負極室之間的負極進液管道和負極出液管道、安裝在所述負極進液管道上的循環泵以及輔助設備，所述系統故障判斷方法包括：
3、構建標準參數運行模型，根據所述標準參數運行模型仿真出不同的故障參數運行模型；
4、建立不同的故障參數模型與故障參數的對應關系，根據所述對應關系設置判斷液流電池系統的運行狀態，運行狀態與標準狀態的相似度；
5、設定相似度閾值、報警閾值和節能閾值，以使液流電池系統運行在合理狀態中，并對可能發生的故障進行預測，或對可能發生的故障提出排除、檢修或維護信息。
6、進一步的，通過故障參數模型與構建標準參數運行模型實時比對與優化，調整液流電池系統物理模型與數字模型之間的關聯概率值、各輔助設備之間的相關性系數和權重系數。
7、進一步的，構建參數運行模型的方法包括：
8、根據液流電池系統的本征物理模型確定所述液流電池系統對應的電化學特征，所述本征物理模型包括液流電池系統中的液流電池單元在充放電過程中對應的二階等效電路模型和所述液流電池單元對應的旁路電流模型，根據所述液流電池單元在充放電過程中對應的二階等效電路模型和所述液流電池單元對應的旁路電流模型得到所述液流電池系統內，多個液流電池單元組成的液流電池電堆的本征物理模型；
9、根據液流電池系統的物理感知模型確定所述液流電池系統在充放電過程中的物理特征；
10、根據所述電化學特征和所述物理特征確定所述液流電池系統的分析結果，并與實際測量的數據進行比較。
11、進一步的，針對所述液流電池系統中的每個液流電池單元，建立二階等效電路模型；
12、根據基爾霍夫(kirchhoff)電路定律，獲得二階微分網絡的電路動態模型：
13、
14、根據soc的定義：
15、
16、其中，δt為采樣周期，qn為電池的額定電量，ξ為充放電效率；
17、把參數soc、u1、u2組成的參數矩陣[soc?u1?u2]t作為狀態變量，通過式(1)和式(2)可獲得電池單元的狀態空間方程，計算過程為：
18、
19、獲得參數ul的觀測方程k(*)：
20、ul＝k(f(soc),u1,u2)＝f(soc)-u1-u2-ilro?????????????(4)，
21、通過對電池單元的電化學阻抗測試實驗數據分析獲得等效電路模型的參數ro、r1、r2、c1和c2及其在充放電過程中隨荷電狀態變化的規律；
22、閉路電壓頻域表征為：
23、
24、組成電壓差值(ul-uoc)的變量在充放電過程中是不斷變化的，通過把電壓參數(ul-uoc)作為動態系統的輸出，把電流參數il作為動態系統的輸入，獲得動態系統傳遞函數g(s)為：
25、
26、其中，uoc為開路電壓，ro為歐姆內阻，r1為電池單元的極化內阻，c1為極化電容，r2為電池單元的表面等效電阻，c2為表面等效電容，i(r)為電路電流，ul為外接負載時的閉路電壓。
27、進一步的，基于液流電池單元的電化學阻抗譜實驗數據，建立基于液流電池單元的動態系統特征，并將二階等效電路模型與旁路電流模型組合形成液流電池單元的本征物理模型，本征物理模型結合液流電池系統的物理感知模型，以確定液流電池系統在充放電過程中的特征。
28、進一步的，各液流電池單元的等效阻抗zi＝zi(rωi、rcti、rdi、cdli，cdt)，i＝1～n+1；
29、其中，zt為二階等效電路模型及電化學阻抗譜參數轉化出的阻抗值。
【技術保護點】
1.一種基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，所述液流電池包括正極儲液罐、負極儲液罐，具有正極室和負極室的電堆，連接在所述正極儲液罐與所述正極室之間的正極進液管道和正極出液管道，安裝在正極進液管道上的循環泵以及輔助設備；連接在所述負極儲液罐與所述負極室之間的負極進液管道和負極出液管道、安裝在所述負極進液管道上的循環泵以及輔助設備，其特征在于，所述系統故障判斷方法包括：
2.根據權利要求1所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，構建參數運行模型的方法包括：
4.根據權利要求3所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，針對所述液流電池系統中的每個液流電池單元，建立二階等效電路模型；
5.根據權利要求3所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，基于液流電池單元的電化學阻抗譜實驗數據，建立基于液流電池單元的動態系統特征，并將二階等效電路模型與旁
6.根據權利要求3所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，
7.根據權利要求3所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，通過獲得的液流電池單元的電化學阻抗譜參數RΩ、Rct、Rd、Cdl和Cd以及旁路電流模型獲得液流電池單元的電路模型。
8.根據權利要求3所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，基于n節液流電池單元串聯構成的電堆建立電堆內旁路電流模型：各液流電池單元的等效阻抗Zi＝Zi(RΩi、Rcti、Rdi、Cdli，Cdi)，i＝1～n+1；
9.根據權利要求8所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，以液流電池單元或液流電池電堆及其電池系統作為研究對象的動態系統，建立液流電池仿真訓練模塊；
10.根據權利要求3所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，
11.根據權利要求10所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，建立基于液流電池系統各輔助設備的標準參數運行圖譜、故障參數運行圖譜、并確定各輔助設備間的相關性系數和權重系數，構建液流電池系統的故障診斷模型；
12.一種液流電池的數字化系統，使用權利要求1至11任一項所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，包括：所述液流電池包括感知設備以及聯動執行相應動作的執行器；
13.根據權利要求12所述的液流電池的數字化系統，其特征在于，
14.根據權利要求13所述的液流電池的數字化系統，其特征在于，所述任務管理服務器用于電池充放電效率任務、電池系統感知任務、運算和運維任務、電池安全運行任務以及電池智能調度任務的管理；
15.根據權利要求13所述的液流電池的數字化系統，其特征在于，數據輸入終端用于數據層次劃分、數據來源劃分、數據功能劃分和數據模塊劃分；
16.根據權利要求13所述的液流電池的數字化系統，其特征在于，所述數據輸入終端用于數據處理和加工；
17.根據權利要求12所述的液流電池的數字化系統，其特征在于，還包括數據采集模塊，所述數據采集模塊用于采集：
18.根據權利要求12所述的液流電池的數字化系統，其特征在于，還包括電池管理系統的終端運算模塊；
...【技術特征摘要】
1.一種基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，所述液流電池包括正極儲液罐、負極儲液罐，具有正極室和負極室的電堆，連接在所述正極儲液罐與所述正極室之間的正極進液管道和正極出液管道，安裝在正極進液管道上的循環泵以及輔助設備；連接在所述負極儲液罐與所述負極室之間的負極進液管道和負極出液管道、安裝在所述負極進液管道上的循環泵以及輔助設備，其特征在于，所述系統故障判斷方法包括：
2.根據權利要求1所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，構建參數運行模型的方法包括：
4.根據權利要求3所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，針對所述液流電池系統中的每個液流電池單元，建立二階等效電路模型；
5.根據權利要求3所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，基于液流電池單元的電化學阻抗譜實驗數據，建立基于液流電池單元的動態系統特征，并將二階等效電路模型與旁路電流模型組合形成液流電池單元的本征物理模型，本征物理模型結合液流電池系統的物理感知模型，以確定液流電池系統在充放電過程中的特征。
6.根據權利要求3所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，
7.根據權利要求3所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，通過獲得的液流電池單元的電化學阻抗譜參數rω、rct、rd、cdl和cd以及旁路電流模型獲得液流電池單元的電路模型。
8.根據權利要求3所述的基于液流電池本征特性和系統感知特性的系統故障判斷方法，其特征在于，基于n節液流電池單元串聯構成的電堆建立電堆內旁路電流模型：各液...
【專利技術屬性】
技術研發人員：杜念慈，
申請(專利權)人：緯景儲能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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