[发明专利]主动抑制电池老化的V2G最优调频方法

说明书

本发明涉及一种主动抑制电池老化的V2G最优调频方法，属于电池优化领域，包括以下步骤：S1：电动汽车参与V2G服务，收集电动汽车集中管理器中各电动汽车实时的SOC值，初步选择参与调频服务的电动汽车，并将控制信号发送到各电动汽车；S2：调频功率计算模块将负荷频率控制信号转化为调频功率需求信号并传递到MPC控制模块；S3：MPC控制模块基于调频功率需求信号，并依据采集的电动汽车SOC信息，以电池老化最小和调频功率需求信号跟踪效果最好为优化目标，优化参与V2G调频的各电动汽车充放电功率，将功率控制信号发送到电动汽车智能充电模块；S4：智能充电模块对参与V2G调频的电动汽车充放电功率进行实时控制。

技术领域

本发明属于电池优化领域，涉及一种主动抑制电池老化的V2G最优调频方法。

背景技术

当今，随着能源和环境问题日益突出，水电、风电、光伏等可再生能源作为清洁能源的代表，对电网渗透规模不断扩大。然而，可再生能源具有波动性大和间歇性强等特点，这给电力系统的频率稳定带来了巨大压力。传统机组爬坡率低、响应速度慢，因此无法及时调节可再生能源不确定性对电力系统频率扰动的影响。随着电动汽车的普及，越来越多的EVs可作为移动储能系统和调峰装置接入电网，其所发挥的削峰填谷、频率调节等功能可大大提高电力系统运行的可靠性和经济性。为此，V2G(Vehicle-to-Grid)技术引起了国内外学者的广泛关注。

车辆参与V2G服务意味着其电池需要依据电网需求进行频繁充放电，这不可避免的加剧了电池的老化。Jafari等发现电动汽车若每天执行V2G服务，则会显著缩短电池寿命。Bishop等发现在不同的电池容量、充电方式和放电深度下V2G服务对动力电池退化影响程度是不同的，其中电动汽车电池组的退化对充电方式以及单个电池的放电深度最为敏感。Thingvad等研究了电动汽车长期执行V2G服务对电池容量衰退的影响，发现电池可用容量两年后平均降低了10％，五年后降低了17.8％。电池老化加剧会导致其维修保养成本的提升，从而降低V2G所带来的服务效益。Zheng等发现在当前电池的成本下，电动汽车提供V2G服务，车主极难从中获取利润。Gough等发现V2G服务可获得的利润无法弥补电动汽车参与辅助服务所造成的电池老化成本。Lunz等发现V2G在电力市场能源交换所带来的收益与电池老化成本相比是极小的。此外，电池容量衰退还会造成车辆续航里程下降，引发用户“里程焦虑”。为此，研究如何抑制车辆参与V2G服务所引起的电池老化，从而延长电池寿命，将具有重要意义。

目前，研究人员主要从两个方面来延长电池寿命。一方面，研发具有超长电池寿命的下一代电池技术。如Dahn等开发的最新NMC811/Graphite电池在室温条件下工作寿命可长达数十年。另一方面，基于当前电池技术开发先进的V2G优化控制模型，以抑制电池老化。Reniers等基于锂电池老化物理模型来计算收入并测量电池老化，从而在能源交易市场中弥补了技术保真度和经济调度之间的差距。数据分析表明，与传统启发式退化建模方法相比，该方法可以增加20％的收入，同时减少30％的电池老化。Fortenbacher等提出了一种用于分布式电池存储的新型两阶段集中式模型预测控制方案(Model-Predictive-Control:MPC)，该方案由调度实体和实时控制实体组成，研究发现，在实时控制阶段使用详细的电池模型，可以将电网调度对电池的损耗降低30％。Patsios等提出了一种集成的电-热-化学建模方法，并构建了一种从电池到电网的电网储能系统的集成建模框架。仿真发现，可将电力系统调度对电池的损耗减少两倍。Uddin等构建了一种完整的电池退化模型，该模型综合考虑了电池所有老化行为，结果表明，智能电网可将电动汽车电池组容量衰减最多减少9.1％。Li等提出了一种主动抑制电池老化的调度系统，采用雨流循环计数法(Rain-FlowCycle Counting Algorithm:RCC)量化电池老化，以电池老化最小化为优化目标之一，发现通过优化参与调度车辆规模以及各辆车充放电时间可以使电池充放电周期最小。当前大部分研究聚焦于V2G削峰填谷与能源交易市场电量调度，但V2G调频服务同样对维持电力系统的稳定性具有重要作用。