光伏卡特蓄电池储能系统的功率爬坡率耐受控制：缓解电池老化策略

电池储能体系(BESSs)可完成功率爬坡速率操控(PRRC)以平抑光伏动摇（光伏）发电功率并进一步进步电网安稳性。但是，传统的PRRC办法会降低功率幅值爬坡速率(PRR)与功率动摇同向调整PV这种同向调理方式约束了battery健康管理中的功率调理灵敏性，对PRRC的长时间运转构成挑战。为进步PRRC效率并缓解battery针对老化问题，本文提出一种光伏-电池储能体系（PV-BESS）的功率调理能力退化容忍操控（PRRTC）办法。当体系呈现功率调理能力（PRR）退化时，PV当功率超过阈值时，电池储能体系（BESS）可在阈值以下灵敏地将功率调理备用（PRR）方向由正向切换为负向或反之。这使得BESS在协调电池老化与PRRC功能时具有更灵敏的功率调整空间。本文提出了单步电池老化反响因子（FSBA）用于评估电池容量损失，该因子归纳考量了电池能量状况、温度以及充放电深度的影响。FSBA可在PRRTC工况下优化BESS的输出战略，然后缓解电池老化问题。此外，本研讨引进长时间电池寿命评估模型与平准化储能本钱（LCOS）指标，用于定量分析所提战略的有用性与经济效益。事例研讨标明，经过FSBA优化的PRRTC战略不仅能在PRR阈值规模内有用缓解电池老化现象，较之传统PRRC办法还具有更明显的经济效益优势。

引言

近年来，太阳能光伏（PV）体系在电力体系中的浸透率呈现出明显增长趋势[1]。但是，由于其对改变性太阳辐照度和气候条件的依靠性，光伏体系或许经历明显的功率输出动摇，规模较小或地理分布较分散的体系更易受此类动摇影响[2][3]。光伏功率的动摇对保障电网安稳牢靠运转提出了新的挑战[4][5]。为缓解光伏发电功率动摇对电网的影响，各国电网标准均对功率改变率（PRR）设定了约束。例如，中国[6]、德国和波多黎各[7]规则最大PRR不得超过光伏装机容量的每分钟10%，而夏威夷将限值设定为2兆瓦/分钟，爱尔兰则要求其输电体系的功率上升限值为30兆瓦/分钟[8]。为满意PRR约束要求，电池储能体系（BESSs）是完成PRR滑润的最有用手段之一[9][10]。采用移动均匀（MA）算法[11]、指数滑润（ES）算法[12]以及依据低通滤波器（LPF）的办法[13]等战略，在电池储能体系（BESS）完成的功率动摇抑制（PRRC）中使用广泛。但是，这些办法对BESS的动态功能提出了更高要求，或许导致PRRC过程中呈现过度循环充放电。这种现象会明显缩短电池使用寿命，然后增加BESS的运转本钱，约束其更广泛的使用。
就电池寿命而言，其主要归因于日历老化与循环老化[14]。日历老化触及因内部化学反响与自放电导致的电池容量随时间逐步衰减，而循环老化则源于充放电循环过程中的电化学反响与资料耗费[15]。影响电池寿命的关键要素包含温度、放电深度与充电深度(DOD/C)、以及能量状况(SOE)或荷电状况(SOC)水平。温度动摇会加快内部化学反响，导致电池老化速率加快。同样，DOD/C也会引发电化学反响并形成资料降解。SOE/SOC水平对电池健康同样至关重要[16]：高SOE/SOC水平会增强化学活性，进一步加快电池老化[17][18]。相反，低SOE/SOC会降低电池可用能量，导致电解液浓度不均并增大内阻[19]。虽然研讨标明保持适中的SOE/SOC水平能明显推迟电池老化[20][21]，但仅操控SOE/SOC不足以应对杂乱的电池衰减过程。因而，有必要归纳考虑上述要素才干有用缓解电池老化问题。
在PRRC场景下缓解电池老化问题已有多项研讨尝试，现在主要存在两种处理路径。其一经过调理光伏输出功率来降低储能体系循环次数，然后减缓电池衰减。典型施行方案包含：采用柔性功率点盯梢技能[22][23]或主动功率减少战略[24][25]，预留特定比例的光伏功率裕度，该部分功率可适时开释以滑润光伏出力，然后在PRRC过程中最大极限减少储能体系的输出需求。上述办法依靠光伏体系的有功功率操控来滑润PRR并减少电池循环。但是，在光伏功率明显动摇期间，这些办法或许无法满意PRR要求，仍需BESS支持并不可避免地加快电池老化。依据优化PRRC期间BESS输出的另一种战略被提出。如前所述，电池在极端SOE/SOC水平下长时间运转对电池健康有害。因而，部分研讨专心于在PRRC期间保持SOE/SOC的施行[26][27]。例如，自适应移动均匀操控（AMAC）与自适应电池荷电状况操控（ASC）的组合能有用管理光伏功率动摇并保持电池荷电状况[28]。AMAC依据光伏功率的变异性调整滑润度，而ASC则以设定点为中心优化荷电状况以延长电池寿命。但是，该战略需求恰当的时机和额定的电池能量用于SOC操控，因为功率动摇率约束调理（PRRC）指令或许与SOC操控方针相冲突[29]。具体而言，电池储能体系（BESS）的功率输出战略是降低与光伏功率动摇同方向的功率动摇率（PRR）起伏。因而，BESS在供给PRRC时，缺少一起充放电以操控电池SOC的额定功率调理空间。若在PRRC暂停期间经过充放电来调理SOC，或许会加重光伏-储能体系输出的动摇，这与功率动摇率约束方针相矛盾。因而，由于PRRC的机制特性，直接集成SOE/SOC操控难以完成电池老化缓解效果的最大化。
为处理这一问题，依据光伏功率猜测提出了更多办法，旨在利用光伏功率康复电池SOE/SOC。例如，文献[30]开发了PRR赏罚模型，经过考虑潜在的光伏功率动摇来重塑BESS的功率，然后协调PRR滑润与SOE/SOC操控。另一种灵敏办法采用光伏功率猜测，依据真实公开可用的数值气候预报，依据电池SOE/SOC动态调整BESS输出[31]。该办法有助于在不耗费额定电池能量的情况下保持电池SOE/SOC。但是，这些办法高度依靠于很多数据收集和猜测算法的准确性，或许阻止其在实践场景中的使用。此外，上述战略中缓解电池老化的中心原则均是将电池SOE/SOC保持在中心水平，但这并非总是最优解，因为在某些情况下，为保持SOE/SOC而进行的充放电过程或许因较大的DOD/C反而加快电池老化[32]。因而，在PRRC期间的BESS运转中，需归纳考虑更多影响电池老化的要素。
为更好地协调PRRC与电池老化缓解方针，本文针对光伏-储能混合体系提出一种PRR耐受操控（PRRTC）战略。该办法允许光伏出力在PRRC前后呈现不一致的PRR方向，然后为BESS供给更广泛的功率输出挑选空间，以完成PRRC与电池老化缓解的协同优化。此外，为避免SOE/SOC康复过程中或许呈现的较大DOD/C（或许加重电池老化缓解效果恶化），本文进一步规划了单步电池老化反响因子（FSBA）以辅导BESS输出调整。该FSBA不仅考虑了SOE/SOC、温度及DOD/C对电池容量衰减的影响，更量化了PRRC工况下单步运转时的电池老化速率。因而，相较于仅将SOE/SOC康复至中位水平的战略，经过优化FSBA方针来缓解电池老化的战略展现出更优越的功能。本文其余部分安排结构如下：第2节探讨光伏-储能体系常规PRRC办法；第3节提出依据FSBA优化的PRRTC战略；第4节经过事例研讨验证所提办法；第5节给出结论性评述。