本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能電池技術(shù)的管理策略，具體涉及一種液流電池系統(tǒng)失效運(yùn)行方法及裝置。

背景技術(shù)：

大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)可有效提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,改善可再生能源發(fā)電的電能輸出質(zhì)量?，F(xiàn)有的全釩氧化還原液流電池是適合用于大規(guī)模蓄電應(yīng)用的儲(chǔ)能技術(shù)之一。

全釩氧化還原液流電池特有的電化學(xué)原理和具有儲(chǔ)液罐、管路、泵、電堆等獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)決定了其不同于傳統(tǒng)電化學(xué)電池。全釩氧化還原液流電池具有下述特殊的性能和特點(diǎn)：功率決定于電堆的電極的表面積和單體電池?cái)?shù)；容量決定于電解液活性物質(zhì)的量，所有電堆共用全部的電解液。全釩氧化還原液流電池失效和故障現(xiàn)象有：1)部分單元出現(xiàn)性能退化，系統(tǒng)若繼續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)損壞；若降低出力，系統(tǒng)能繼續(xù)運(yùn)行而不致導(dǎo)致系統(tǒng)性能急劇惡化；2)部分單元損壞嚴(yán)重，無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，但如果將問(wèn)題部分隔離，系統(tǒng)其它部分仍可維持在正常狀態(tài)下運(yùn)行；3)部分單元損壞，無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，且無(wú)法隔離，系統(tǒng)停機(jī)處于待維修狀態(tài)。

儲(chǔ)能系統(tǒng)的自身特點(diǎn)和運(yùn)行特性對(duì)電力系統(tǒng)可靠性有重要的影響。申請(qǐng)?zhí)枮?01610048383.9的發(fā)明專利公開了一種能完全釋放電池組電量的電池串聯(lián)冗余方法，其中包括n+1個(gè)電池單元電路串聯(lián)組成的電池組，可以將失效的單體電池隔離出電池組，使電池組仍可繼續(xù)正常給負(fù)載供電，提升了電池組的可靠性，也增加了電池組的安全性。申請(qǐng)?zhí)枮?01410093228.x的發(fā)明專利公開了一種提高液流電池運(yùn)行可靠性的儲(chǔ)能系統(tǒng)及其方法，其中披露了包含與電池單元對(duì)應(yīng)連接的儲(chǔ)能逆變器、用于確定未發(fā)生故障的電堆單元所需充放電參數(shù)的電池管理系統(tǒng)、用于控制和調(diào)整儲(chǔ)能逆變器輸出輸入?yún)?shù)與未發(fā)生故障的電堆單元所需的充放電參數(shù)相匹配的就地監(jiān)控系統(tǒng)；避免了液流電池儲(chǔ)能裝置存在的當(dāng)其包括的任一電堆單元發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行的問(wèn)題，提高了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。但是上述兩項(xiàng)發(fā)明專利文獻(xiàn)并未涉及電池或液流電池在切除故障單體電池或電堆后，響應(yīng)系統(tǒng)容量或功率能力的運(yùn)行管理策略及其評(píng)估方法。

因此，需要提出一種液流電池系統(tǒng)失效運(yùn)行方法及裝置，在全釩氧化還原液流電池系統(tǒng)失效時(shí)，維持全釩氧化還原液流電池功率或能量響應(yīng)能力，提高系統(tǒng)可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種液流電池系統(tǒng)失效運(yùn)行方法，所述方法包括如下步驟：

在確定液流電池系統(tǒng)失效時(shí)，判斷失效的液流電池系統(tǒng)是否需要隔離電堆部件；

若不需要隔離電堆部件，按預(yù)設(shè)的失效運(yùn)行策略降低液流電池系統(tǒng)的充放電功率，所述液流電池系統(tǒng)按降功率等級(jí)運(yùn)行模式運(yùn)行，維持系統(tǒng)能量響應(yīng)能力；

若需要隔離電堆部件，按預(yù)設(shè)的失效運(yùn)行策略提高液流電池系統(tǒng)的充放電功率，所述液流電池系統(tǒng)按倍功率等級(jí)運(yùn)行模式運(yùn)行，隔離液流電池中故障的電堆部件，提升正常功率單元的功率，維持系統(tǒng)功率響應(yīng)能力。

所述確定液流電池系統(tǒng)失效，包括：

記錄液流電池系統(tǒng)失效前所述液流電池系統(tǒng)按額定功率pr放電至預(yù)設(shè)放電截止條件后再充電至預(yù)設(shè)充電截止條件的系統(tǒng)特性指標(biāo)；

根據(jù)所述系統(tǒng)特性指標(biāo)確定所述液流電池系統(tǒng)是否失效。

所述截止條件以下述任意一種或多種的組合為參數(shù)：

荷電狀態(tài)、電壓、電流、溫度。

所述系統(tǒng)特性指標(biāo)包括額定充放電容量cr、電壓和效率。

所述效率可以為電壓效率、電流效率、能量效率等。

進(jìn)一步包括：

所述液流電池系統(tǒng)按降功率等級(jí)運(yùn)行模式運(yùn)行時(shí)，記錄降低的出力功率dp和降低出力功率的持續(xù)時(shí)間tp；

所述液流電池系統(tǒng)按倍功率等級(jí)運(yùn)行模式運(yùn)行時(shí)，記錄降低的出力容量dc和降低出力容量的持續(xù)時(shí)間tc。

進(jìn)一步包括：

根據(jù)非計(jì)劃強(qiáng)迫停運(yùn)的時(shí)間foh、運(yùn)行時(shí)間sh以及所述液流電池系統(tǒng)按不同功率運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)，計(jì)算液流電池系統(tǒng)失效評(píng)估指標(biāo)；

根據(jù)所述失效評(píng)估指標(biāo)評(píng)估所述液流電池失效運(yùn)行策略。

所述計(jì)算液流電池系統(tǒng)失效評(píng)估指標(biāo)包括：

根據(jù)下式計(jì)算功率受迫停運(yùn)率forp：fohp：非計(jì)劃強(qiáng)迫停運(yùn)時(shí)間，sh：運(yùn)行時(shí)間；

根據(jù)下式計(jì)算等效功率停運(yùn)時(shí)間eudhp：dp：降低的出力功率，tp：降低出力功率狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間，pr：液流電池系統(tǒng)額定功率；

根據(jù)下式計(jì)算等效功率受迫停運(yùn)率eforp：fohp：非計(jì)劃強(qiáng)迫停運(yùn)時(shí)間，eudhp：等效功率停運(yùn)時(shí)間，sh：運(yùn)行時(shí)間；

根據(jù)下式計(jì)算容量受迫停運(yùn)率forc：fohc：非計(jì)劃強(qiáng)迫停運(yùn)時(shí)間，sh：運(yùn)行時(shí)間；

根據(jù)下式計(jì)算等效容量停運(yùn)時(shí)間eudhc：dc：降低的出力容量，tc：降低出力容量狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間，cr：液流電池系統(tǒng)額定充放電容量；

根據(jù)下式計(jì)算等效容量受迫停運(yùn)率eforc：eudhc：等效容量停運(yùn)時(shí)間，fohc：非計(jì)劃強(qiáng)迫停運(yùn)時(shí)間，sh：運(yùn)行時(shí)間。

所述液流電池系統(tǒng)按降功率等級(jí)運(yùn)行模式運(yùn)行時(shí)，分別按降低后的充放電功率循環(huán)運(yùn)行預(yù)設(shè)次數(shù)，每次運(yùn)行的充放電功率為所述液流電池系統(tǒng)額定功率的0～1倍；所述液流電池系統(tǒng)按倍功率等級(jí)運(yùn)行模式運(yùn)行時(shí)，分別按提高后的充放電功率循環(huán)運(yùn)行預(yù)設(shè)次數(shù)，每次運(yùn)行的充放電功率為所述液流電池系統(tǒng)額定功率的1倍以上。

本發(fā)明提供一種液流電池系統(tǒng)失效運(yùn)行裝置，所述裝置包括：

判斷模塊，用于在確定液流電池系統(tǒng)失效時(shí)，判斷失效的液流電池系統(tǒng)是否需要隔離電堆部件；

降功率等級(jí)運(yùn)行模塊，不需要隔離電堆部件時(shí)，按預(yù)設(shè)的失效運(yùn)行策略降低液流電池系統(tǒng)的充放電功率，所述液流電池系統(tǒng)按降功率等級(jí)運(yùn)行模式運(yùn)行，維持系統(tǒng)能量響應(yīng)能力；

倍功率等級(jí)運(yùn)行模塊，需要隔離電堆部件時(shí)，按預(yù)設(shè)的失效運(yùn)行策略提高液流電池系統(tǒng)的充放電功率，所述液流電池系統(tǒng)按倍功率等級(jí)運(yùn)行模式運(yùn)行，隔離液流電池中故障的電堆部件，提升正常功率單元的功率，維持系統(tǒng)功率響應(yīng)能力；

所述裝置進(jìn)一步包括：

失效評(píng)估模塊，用于計(jì)算失效評(píng)估指標(biāo)，評(píng)估所述液流電池失效運(yùn)行策略。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為電池或液流電池在切除故障單體電池或電堆后，提出了響應(yīng)系統(tǒng)容量或功率能力的運(yùn)行管理的有效策略及其可靠的評(píng)估方法，并針對(duì)不同的失效情況，提供了可行的失效運(yùn)行管理策略，并定量評(píng)估了采用該管理策略對(duì)系統(tǒng)功率容量響應(yīng)能力可靠性的提高，該方法易于工程人員操作和實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1：本發(fā)明實(shí)施例一種液流電池系統(tǒng)的失效運(yùn)行方法的整體流程圖；

圖2：本發(fā)明實(shí)施例降功率等級(jí)運(yùn)行模式的容量/功率圖；

圖3：本發(fā)明實(shí)施例倍功率等級(jí)運(yùn)行模式的容量/功率圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，應(yīng)指出的是，所描述的實(shí)施例僅旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。

為了評(píng)估容錯(cuò)策略下釩電池的功率/能量響應(yīng)能力的可靠性，通過(guò)模擬失效運(yùn)行工況，采用一套5kw釩電池進(jìn)行測(cè)試。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種液流電池系統(tǒng)失效運(yùn)行方法，所述方法包括如下步驟：

啟動(dòng)被測(cè)液流電池系統(tǒng)。

液流電池系統(tǒng)5kw額定功率(pr)放電至放電截止條件，然后充電至充電截止條件vcell＝1～1.55v，循環(huán)次數(shù)3次，記錄系統(tǒng)額定充放電容量cr＝100％soc，判斷系統(tǒng)是否失效；

假設(shè)系統(tǒng)出現(xiàn)失效現(xiàn)象：部分單元出現(xiàn)性能退化，系統(tǒng)若繼續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)損壞；若降低出力，系統(tǒng)能繼續(xù)運(yùn)行而不致導(dǎo)致系統(tǒng)性能急劇惡化。經(jīng)判斷不需要隔離電堆部件，轉(zhuǎn)降功率等級(jí)運(yùn)行模式；部分單元損壞嚴(yán)重，無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，但如果隔離問(wèn)題部分，系統(tǒng)其它部分可以在正常狀態(tài)維持運(yùn)行，經(jīng)判斷需要隔離電堆部件，為保證功率響應(yīng)能力，剩余電堆轉(zhuǎn)為倍功率等級(jí)運(yùn)行模式。

在降功率等級(jí)運(yùn)行模式下，采用0.6，0.8和1倍額定功率(pr)充放電，充電至充電截止條件vcell＝1～1.55v，循環(huán)次數(shù)3次，功率/容量曲線如圖2所示，在倍功率等級(jí)運(yùn)行模式下，采用1，1.2和1.4倍額定功率充放電，充電至充電截止條件vcell＝1～1.55v，循環(huán)次數(shù)3次，功率/容量曲線如圖3所示。

以出力功率降為0.8pr時(shí)為例，記錄降低的出力功率dp＝pr-0.8pr＝0.2pr；實(shí)際出力容量為118％soc，降低的的出力容量dc＝100％soc-118％soc＝-18％soc＝-0.18cr；

執(zhí)行該模式前，假設(shè)非計(jì)劃強(qiáng)迫停運(yùn)小時(shí)數(shù)：

foh^f＝t

執(zhí)行該模式后，非計(jì)劃強(qiáng)迫停運(yùn)小時(shí)數(shù)：

foh^e＝0

功率/容量受迫停運(yùn)率：

其中，sh：正常運(yùn)行小時(shí)。

等效功率停運(yùn)小時(shí)為：

等效容量停運(yùn)小時(shí)為：

等效功率受迫停運(yùn)率為：

等效容量受迫停運(yùn)率為：

如下表所示，給出了4種模式下的失效可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)：

正常運(yùn)行模式時(shí)，功率/容量受迫停運(yùn)率forp、forc均為0。當(dāng)液流電池系統(tǒng)出現(xiàn)失效時(shí)，如果采用停運(yùn)模式，功率/容量受迫停運(yùn)率forp、forc均為100％。在降功率等級(jí)運(yùn)行模式下，當(dāng)出力功率降為0.6和0.8pr時(shí)，等效功率受迫停運(yùn)率eudhp僅為功率受迫停運(yùn)率forp的40％和20％，顯著提高了功率能量響應(yīng)的可靠性；而系統(tǒng)的容量響應(yīng)能力不但沒(méi)有降低，反而分別提高了38％和18％。在倍功率等級(jí)運(yùn)行模式下，當(dāng)功率模塊數(shù)量隔離10％和20％，為了維持額定的系統(tǒng)功率輸出能力，既等效功率受迫停運(yùn)率eudhp＝0，剩余功率模塊應(yīng)分別工作在1.11pr和1.25pr，此時(shí)的等效容量受迫停運(yùn)率eudhc分別為9％和18.7％，也就是功率響應(yīng)能力不變的情況下，能量響應(yīng)能力略有降低。這兩種失效運(yùn)行模式，可分別維持功率或能量響應(yīng)能力不變，甚至于略有改善，但其相應(yīng)的功率或能量響應(yīng)能力的可靠性降低，但也顯著優(yōu)于受迫停運(yùn)模式。

上述各步驟的結(jié)果分析表明，本發(fā)明方法可定量分析全釩液流電池系統(tǒng)失效條件下所采取的運(yùn)行模式的可靠性，能有效地對(duì)液流電池系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種液流電池系統(tǒng)失效運(yùn)行裝置，下面進(jìn)行說(shuō)明。

所述裝置可以包括：

判斷模塊，用于在確定液流電池系統(tǒng)失效時(shí)，判斷失效的液流電池系統(tǒng)是否需要隔離電堆部件；

降功率等級(jí)運(yùn)行模塊，不需要隔離電堆部件時(shí)，按預(yù)設(shè)的失效運(yùn)行策略降低液流電池系統(tǒng)的充放電功率，所述液流電池系統(tǒng)按降功率等級(jí)運(yùn)行模式運(yùn)行，維持系統(tǒng)能量響應(yīng)能力；

倍功率等級(jí)運(yùn)行模塊，需要隔離電堆部件時(shí)，按預(yù)設(shè)的失效運(yùn)行策略提高液流電池系統(tǒng)的充放電功率，所述液流電池系統(tǒng)按倍功率等級(jí)運(yùn)行模式運(yùn)行，隔離液流電池中故障的電堆部件，提升正常功率單元的功率，維持系統(tǒng)功率響應(yīng)能力；

實(shí)施中，所述裝置可以進(jìn)一步包括：

失效評(píng)估模塊，用于計(jì)算失效評(píng)估指標(biāo)，評(píng)估所述液流電池失效運(yùn)行策略。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請(qǐng)的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本申請(qǐng)可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本申請(qǐng)可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、cd-rom、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本申請(qǐng)是參照根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來(lái)描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過(guò)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其保護(hù)范圍的限制,盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明,所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請(qǐng)后依然可對(duì)申請(qǐng)的具體實(shí)施方式進(jìn)行種種變更、修改或者等同替換，但這些變更、修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。