[发明专利]一种基于遗传算法的全钒液流电池储能系统运行优化方法

权利要求书

1.一种基于遗传算法的全钒液流电池储能系统运行优化方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1：根据全钒液流电池的等效电路模型建立全钒液流电池的数学模型，并采用式(1)—式(5)对所示的方程对数学模型进行表示：

η_ohmic＝I*R_ohmic (2)

式(1)中，E_ocv为电池电压源，代表了VRB电堆在不同SOC下的平衡电动势EMF，由能斯特方程导出，E₀表示标准电极电位；SOC为电池的荷电状态，即剩余电量；R表示摩尔气体常数；T表示当前温度；z表示反应中电子转移数；F表示法拉第常数；k₁、k₂表示为修正SOC不准确而添加的修正系数；式(2)中，η_ohmic为欧姆过电势，代表了双极板、薄膜、电解质上的等效压降，R_ohmic表示钒电池的等效内阻，代表了双极板、薄膜、电解质的等效电阻之和，I表示输入电流；式(3)中，η_act为活化过电势，代表了电极电化学反应迟延而引起的电极电位偏离，由Butler-Volmer公式导出，N表示电堆中的单电池数；i₁表示电流密度，i₀表示交换电流密度；式(4)中η_con为浓差过电势，代表了电极表面反应物与体相反应物浓度差异引起的电极电位偏离,由Nernst方程与Fick定律导出,k₃表示修正系数，k_m表示电解液表面的局部传质系数，a为传质系数，Q表示电解质流速，A_ed表示多孔电极的截面积，C_b表示体积浓度；式(5)中，R_sh//R_diff为自放电损耗电阻与旁路电流损耗电阻，由电解液的导电性与钒电池的流体管道设计决定，σ表示电解液的导电性，l表示电极长度，s表示电极宽度，R_a,c表示管道等效电阻；

步骤2：对所述全钒液流电池的数学模型进行参数辨识，得到模型系数E₀、R_ohmic、k₁、k₂、k₃、A_ed的值，完成全钒液流电池数学模型的建立；

步骤3：构建如式(6)所示的瞬时能量效率方程；

式(6)中，η_e为瞬时能量效率，由钒电池电堆接受到的净能量P_C'_h/Dis与输入钒电池电堆的总能量P_Ch/Dis之比得到；P_Loss表示能量损耗；

步骤4：为获得最高的瞬时能量效率，构建如式(7)所示的代价函数来最小化能量损耗，并确定相关约束条件，流速限制中，最小流速以式(8)所示公式确定，其中C_v为原始体积浓度，

(i)功率守恒,P_Ch/Dis＝U₀*I

(ii)输入\出限制,P_min≤P≤P_max

(iii)流速限制,Q_min≤Q≤Q_max

(iv)端电压限制,U_min≤U₀≤U_max

(v)充放电电流限制,I_min≤I≤I_max

(vi)温度限制,T_min≤T≤T_max

(vii)SOC限制,SOC_min≤SOC≤SOC_max；

步骤5：构建适应度函数、选择概率函数、变异概率函数，如式(9)、(10)、(11)所示：

适应度函数：

选择概率：

变异概率：P(x_ij)＝C (11)

式(11)中i为种群代数，j为个体编号，式(12)中C为给定常数；

步骤6：采用遗传算法对式(7)进行计算，输入钒电池电堆的总能量P_Ch/Dis和剩余电量SOC求解得到瞬时能量效率误差的绝对值小于规定的数值时的最高瞬时能量效率，以及该效率对应的流速、温度和电压，即得到流速、温度、电流的最优值。