通过二期NEC锂电池储能系统提升变电站可靠性，实现电网规模应用中的动态故障缓解

锂离子（Li-ion）电池具有高功率容量、高能量密度和高效等优良特性，但其高昂的价格使其难以广泛应用于电网规模应用。固定式储能的一个实用选择是使用电动汽车应用中退役的电池;然而，为了有效运行，需要细致的控制和监控。本研究通过利用二级生命电池（SLB）提升电力变电站可靠性，研究电网中的动态故障缓解。提出了一种最佳SLB配置，以满足变电站容量，并根据尼日利亚的具体情况进行定制。SLB操作在故障和非故障模式下都得到了巧妙处理，故障强度通过离散小波变换（DWT）结合径向基函数神经网络（RBFNN）精确测量。通过在变电站电网入口点添加多个故障场景，成功验证了该方法，展示了SLB在故障捕捉方面的能力。此外，系统性能通过可靠性指标“系统平均中断频率指数（SAIFI）”从33倍降至9倍，“客户平均中断频率指数（CAIFI）”从71小时降至23.5小时验证，表明建议方法有效提升变电站可靠性，使SLB在剩余使用寿命（RUL）内保持安全运行状态。
电网经常发生各种故障事件，导致大多数发展中国家停电。因此，这导致民众长期停电，并普遍影响这些国家的经济。停电阻碍了受影响地区的发展进程，表现为社会保障下降、电力系统设备故障以及公民社会福祉下降。由于发电设施远离人口密集区，输电线路连接距离较远。由于安装了长输电线路，可能会出现短路和停电等问题。能源网络可能因多种原因停电，例如电厂故障;电力输电线路、变电站或其他配电系统组件的损坏;短路;连锁故障;以及熔断器或断路器激活[1]。停电在公共和环境安全受到威胁的环境中尤为危险[2]，微电网正开始从学术界进入工业领域[3]，以减少停电体验。多种技术，如组件硬化和物理安全、植被控制和地下化，已被证明能够减轻由电力系统中不同扰动引起的故障。然而，电网上的天气状况使得根除故障发生变得困难，因此在故障发生期间需要替代解决方案。在能源储存系统（ESS）应用中，广泛使用了各种电池，而电池储能系统（BESS）因其辅助服务为电力系统提供支持而成为广泛研究的重点。由于锂离子电池具有诸多优点，包括轻量化、高容量和能量密度，以及长寿命[4]，它是储能系统中最常用的电池类型[5]。然而，锂离子电池的高昂成本阻碍了其在ESS应用中的广泛应用;因此，最好使用电动车（EV）退役的电池。二档电池（SLB）是从退役的电动汽车（EV）电池中收集而成，价格低于新锂离子电池，且容量约为原始电池的80%，因此仍对电网支持非常有用。
可再生能源日益融入电网带来了重大挑战，尤其是在维持稳定可靠的电力供应方面。太阳能和风能等可再生能源本质上具有变动性，导致发电量波动。这种变异性可能导致电网不稳定，影响住宅区电力供应的可靠性[7]。确保稳定的电力供应对家庭和企业都至关重要，因为停电可能导致巨大的经济损失和不便。目前，现有电网基础设施难以应对这些波动，导致频繁的电力中断。为了应对这些挑战，二生电池（SLB）已成为一种有前景的解决方案。SLB是从电动汽车改造而成，提供了一种成本效益高且可持续的电网可靠性提升方法。然而，优化SLB的尺寸和集成到网格中需要复杂的技术挑战，包括管理非线性系统约束。尽管面临这些挑战，SLB的部署代表了在追求更具韧性和可持续电网的过程中的重要进展
已有大量研究证明了将BESS应用于电网的有效性，涵盖峰值削减能力、负载转移和微电网应用等领域。Calvalcanti等人[3]提出了一种开发BESS的技术，使有源中压（MV）配电网能够实现负载均衡和平滑。Marcin Szott et.al[7]提出了一种在变电站中的BESS实现，通过紧急电源提升断开网络区域的可靠性。Arun Narayanan et.al[2]研究了通过在次级变电站的MV网络安装BESS，减少客户端干扰的方法。然而，根据以往研究结果，锂离子电池的成本需要进一步降低，才能以经济价格作为BESS（电气控制）用于中断管理和其他电网支持。报道渠道E-Source披露，由于缺乏制造电动汽车电池所需的关键原材料，未来四年电动汽车制造成本预计将上升，进而推高BESS的成本[8]。
与此同时，林志[9]报告称，到2030年，将有1.45亿辆电动车上路，约有1200万吨的锂离子电池将被淘汰。电动车电池通常在总能量达到70%至80%时达到最大使用率并进入退役，因为从那时起它们被认为不适合牵引。J Geng et.al[10]研究了退役电动电池在不同条件下的二次生命应用，通过比较第一次和第二次生命的效果，他最终揭示SLB的使用可以将BESS需求从5.1太瓦时降至1.4太瓦时，相当于73%至100%的减少。Andreas et.al[11]开发了一种分析电动车（xEV）电池在二生应用可持续性的方法论。该研究展示了基于日历和衰老周期效应在网格尺度上应用SLB的可持续性和有效性。白汉宇等人[12]评估了电动汽车（EV）二次生命锂离子电池（SLBs）在隔离微电网（MG）中的经济可行性。他们采用两阶段机会约束随机优化框架，设计出100%可再生的MG系统，通过迭代过程提升可靠性。他们的研究整合了半经验性降解模型以评估SLB的寿命，并对SLB与首发电池（FLBs）进行了经济比较。Keeli et.al[13]研究了SLB在商业建筑峰值负载管理和成本效益方面的最佳应用，结合电池寿命估计器（BLE）以延长电池寿命。Joseph Lacap et.al [14] 研究了利用SLB进行商业储能的有效性，并报告开发了商业规模的微电网，配备太阳能光伏和建筑物ESS，使用二手日产Leaf电池模块。Ferreira的 et.al[15] 应用了SLB网格以实现峰值削减和升级延迟。作者建议在配电网中应用一种全方位SLB，以平衡高峰期的过剩需求。Abraham Alem Kebede 等人[16]讨论了可再生能源（RES）向电网整合的问题，重点关注利用电动汽车的二次生命电池（SLB）来缓解太阳能和风能的间歇性。它们采用先进的移动平均爬坡率控制器（MARRC）算法，实现电池容量优化并减少不必要的循环。他们的研究结果显示SLB技术性能优异，效率超过90%，验证了其在电网平滑应用中的适用性。Fallah等人[17]研究了在电网中使用SLB的经济效益，并报告称这种方式相较于使用新电池更具盈利性。据我们所知，先前研究显示在电网支持中采用SLB具有经济可行性，主要集中在削峰能力上，但其通过充放电以适应注入变电站动态故障的运行尚待进一步研究。
因此，本研究提出在配电注入变电站内应用SLB，形成二期电池储能系统（SLBESS），在高压（HV）端发生任何故障期间，为配电网络供电。该方法通过使用离散小波变换径向基函数神经网络（DWT-RBFNN）捕获网络中的故障大小来验证，同时在发生故障且无故障时，通过模糊逻辑控制（FLC）系统有效控制电池运行。在仿真过程中，引入了输配电线路上常见的所有故障类型，值得注意的是，SLB准确地为变电站提供了足够的能量，以最小化故障发生。所提方法的结果显示，注入变电站的停机时间显著减少，从而提高了系统可靠性，这可通过系统平均中断频率指数（SAIFI）和客户平均中断频率指数（CAIFI）可靠性指数评估。本研究的主要贡献可概述如下：

• •
  识别输配电注入变电站之间发生的主要故障，并采用混合离散小波变换-径向基函数神经网络（DWT-RBFNN）方法捕捉和定义电网故障电流的最优系数以实现缓解控制。
• •
  采用一种独立的模糊逻辑控制（FLC）控制方法，在故障和无故障情况下通过控制SLB的充放电操作，实现SLB的安全和最佳运行。
• •
  通过考虑尼日利亚的实际变电站，实现了实际应用。
• •
  可靠性指数“系统平均中断频率指数”（SAIFI）和“客户平均中断频率指数”（CAIFI）用于衡量工作产出。指数结果显示，使用SLB大大缩短了变电站的停机时间，从而提高了变电站的可靠性。