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光伏NEC锂电池储能系统的功率斜坡容忍控制，用于电池老化缓解
发布时间：2026-07-30 08:07:21 点击： 次
电池储能系统（BESS）可以实现功率斜坡速率控制（PRRC），平滑光伏（PV）功率的波动，进一步提升电网稳定性。然而，传统的PRRC方法在与光伏功率波动方向相同的方向上，降低了功率斜坡率（PRR）的幅度。这种同向调节方式限制了电池健康管理功率调节的灵活性，挑战了PRRC的长期运行。为提高PRRC效率并缓解电池老化，本文提出了PV-BESS的PRR容忍控制（PRRTC）。一旦PV功率的PRR超过阈值，BESS可以灵活地将PRR方向从正变为负，或反之，低于阈值。随后，功率调节空间对BESS来说更加灵活，以协调电池老化和PRRC性能。开发了单级电池老化（FSBA）反馈因子，用于评估电池容量损失，全面考虑电池能量状态、温度及放电-充电深度的影响。FSBA可以优化BESS在PRRTC下电池老化缓解的输出策略。此外，引入了长期电池寿命评估模型和储能平级成本指数（LCOS），以定量分析该方法的有效性和经济效益。案例研究验证，通过FSBA优化的PRRTC不仅有效缓解PRR阈值内的电池老化，还比传统PRRC方法带来更好的经济效益。
简介
关于电池寿命，主要归因于日历老化和周期老化[14]。日历老化是指电池容量随时间逐渐下降，原因是内部化学反应和自放电，而循环老化则源于电化学反应和材料消耗[15]。影响电池寿命的关键因素包括温度、放电深度（DOD/C）以及能量状态（SOE）或充电状态（SOC）水平。温度波动会加速内部化学反应，导致电池老化加速。同样，DOD/C可能导致电化学反应和材料劣化。SOE/SOC水平对电池健康同样至关重要[16]：高SOE/SOC水平会增加化学活性，进一步加速电池老化[17]、[18]。相反，低SOE/SOC会降低电池可用能量，导致电解质浓度不均和内阻升高[19]。尽管研究表明，保持适度的SOE/SOC水平可以显著减少电池老化[20]、[21]，但仅仅控制SOE/SOC不足以应对复杂的电池劣化过程。因此，全面考虑上述因素对于有效缓解电池老化至关重要。
在PRRC情景中，已有多种尝试缓解电池老化，目前确定了两种主要方法。一种方法是调整光伏输出功率以减少BESS循环，从而缓解电池劣化。例如，常用方法通过灵活的功率点跟踪[22]、[23]或主动功率截止[24]、[25]来保留一定量的光伏功率，这些方法可以释放以平滑光伏功率，从而在PRRC期间尽可能减少BESS的输出。上述方法依赖于光伏系统的主动功率控制，以平滑PRR并减少电池循环。然而，在PV功率大幅波动时，这些方法可能无法满足PRR要求，仍需BESS支持，且不可避免地加速电池老化。另一种基于优化PRRC期间BESS输出的策略被提出。如前所述，电池在极端SOE/SOC水平下长期运行对电池健康有害。因此，某些研究重点关注PRRC期间SOE/SOC维护的实施[26]、[27]。例如，自适应移动平均控制（AMAC）与自适应SOC控制（ASC）的结合，有效管理光伏功率波动并维持电池SOC[28]。AMAC根据光伏功率的变异性调整平滑，而ASC则围绕设定点优化SOC，以延长电池寿命。然而，该策略需要适当的机会和额外的电池能量用于SOC控制，因为PRRC指令可能与SOC控制目标发生冲突[29]。具体来说，BESS的功率输出策略是降低PRR在PV功率波动方向上的幅度。因此，BESS无需额外的功率调节空间来同时充放电，以控制电池SOC同时提供PRRC功能。如果在PRRC暂停时对BESS进行充电或放电以调整SOC，可能会加剧PV-BESS输出的波动，这与PRR限制目标相冲突。因此，由于PRRC的机制，直接整合SOE/SOC控制使得最大化电池老化缓解效果变得困难。
为解决这一问题，基于光伏功率预测提出了更多方法，旨在利用光伏功率回收电池SOE/SOC。例如，在[30]中开发了一个PRR惩罚模型，以重新塑造BES功率，考虑潜在的PV功率波动，从而协调PRR和SOE/SOC控制的平滑。另一种灵活方法采用基于真实公开数值天气预报的光伏功率预测，根据电池SOE/SOC动态调整BESS输出[31]。这种方法有助于在不消耗额外电池能量的情况下维持电池的 SOE/SOC。然而，这些方法高度依赖大量数据收集和预测算法的准确性，这可能阻碍其在现实场景中的应用。此外，上述策略中的电池老化缓解原理均是将电池的SOE/SOC保持在中位数水平，但这并不总是最优方案，因为在大DOD/C的巨大程度上，电池老化的过程可能加速电池老化[32]。因此，在PRRC期间的BESS运行中，还需要考虑更多影响电池老化的因素。
为了更好地协调电池老化缓解与PRRC的合作，本文提出了PV-BESS混合系统中PRR耐受控制（PRRTC）的方案。该方法允许PRR（光伏）在PRRC前后输出方向不一致，从而为BESS提供更广泛的功率输出选项，以协调PRRC和电池老化缓解。此外，为防止SOE/SOC恢复过程中可能出现较大的DOD/C，避免电池老化缓解，本文进一步设计了单级电池老化（FSBA）反馈因子，以指导BESS的输出调整。FSBA不仅考虑国有企业/系统生产成本、温度和国防部/控制对电池容量劣化的影响，还量化了PRRC单步操作下的电池老化速率。
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