专利汇可以提供一种基于粒子群算法的全钒液流电池储能系统运行优化方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于粒子群 算法 的全 钒 液流 电池 储能系统运行优化方法,包括步骤:1、根据全钒液流电池的等效 电路 模型建立全钒液流电池的数学模型;2、参数辨识;3、构建瞬时 能量 效率方程;4、构建最高的瞬时能量效率的代价函数来最小化能量损耗,并确定相关约束条件;5、采用粒子群算法计算,输入功率值PCh/Dis和剩余电量SOC求解得到瞬时能量效率误差的绝对值小于规定的数值时的最高瞬时能量效率,以及该效率对应的流速、 温度 和 电压 。本发明通过粒子群算法,在给定特定的功率值PCh/Dis和剩余电量SOC,得到电池在该情况下最高的瞬时能量效率,同时可以更加简便的计算出流速、 电流 和温度三个参数值,以解决全钒液流电池在运行的过程中浓差及活化电压影响导致电堆能量效率过低的状况。,下面是一种基于粒子群算法的全钒液流电池储能系统运行优化方法专利的具体信息内容。
1.一种基于粒子群算法的全钒液流电池储能系统运行优化方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:
步骤1:根据全钒液流电池的等效电路模型建立全钒液流电池的数学模型,并采用式(1)—式(5)对所示的方程对数学模型进行表示:
ηohmic=I*Rohmic (2)
式(1)中,Eocv为电池电压源,代表了VRB电堆在不同SOC下的平衡电动势EMF,由能斯特方程导出,E0表示标准电极电位;SOC为电池的荷电状态,即剩余电量;R表示摩尔气体常数;
T表示当前温度;z表示反应中电子转移数;F表示法拉第常数;k1、k2表示为修正SOC不准确而添加的修正系数;式(2)中,ηohmic为欧姆过电势,代表了双极板、薄膜、电解质上的等效压降,Rohmic表示钒电池的等效内阻,代表了双极板、薄膜、电解质的等效电阻之和,I表示输入电流;式(3)中,ηact为活化过电势,代表了电极电化学反应迟延而引起的电极电位偏离,由Butler-Volmer公式导出,N表示电堆中的单电池数;i1表示电流密度,i0表示交换电流密度;
式(4)中ηcon为浓差过电势,代表了电极表面反应物与体相反应物浓度差异引起的电极电位偏离,由Nernst方程与Fick定律导出,k3表示修正系数,Q表示电解质流速,Aed表示多孔电极的截面积,Cb表示体积浓度;式(5)中,Rsh//Rdiff为自放电损耗电阻与旁路电流损耗电阻,由电解液的导电性与钒电池的流体管道设计决定,σ表示电解液的导电性,l表示电极长度,s表示电极宽度,Ra,c表示管道等效电阻;
步骤2:对所述全钒液流电池的数学模型进行参数辨识,得到模型系数E0、Rohmic、k1、k2、k3、Aed的值,完成全钒液流电池数学模型的建立;
步骤3:构建如式(6)所示的瞬时能量效率方程。
式(6)中,ηe为瞬时能量效率,由钒电池电堆接受到的净能量PC'h/Dis与输入钒电池电堆的总能量PCh/Dis之比得到;
步骤4:为获得最高的瞬时能量效率,构建如式(7)所示的代价函数来最小化能量损耗,并确定相关约束条件,流速限制中,最小流速以式(8)所示公式确定,其中Cv为原始体积浓度,式中PLoss表示能量损耗;
(i)功率守恒,PCh/Dis=Ustack*I
(ii)输入\出限制,Pmin≤P≤Pmax
(iii)流速限制,Qmin≤Q≤Qmax
(iv)端电压限制,Umin≤U0≤Umax
(v)充放电电流限制,Imin≤I≤Imax
(vi)温度限制,Tmin≤T≤Tmax
(vii)SOC限制,SOCmin≤SOC≤SOCmax;
步骤5:采用粒子群算法对式(7)进行计算,输入功率值PCh/Dis和剩余电量SOC求解得到瞬时能量效率误差的绝对值小于规定的数值时的最高瞬时能量效率,以及该效率对应的流速、温度和电压值,即得到流速、温度、电流的最优值。
2.根据权利要求1所述的一种基于粒子群算法的全钒液流电池储能系统运行优化方法,其特征在于:所述步骤5的具体过程为:
步骤501:输入功率值PCh/Dis及剩余电量SOC,在约束条件内,初始化一个含有M个粒子的种群,确定粒子的维数d、算法的总迭代次数iter、位置与速度的范围、惯性权重w、自我学习因子C1与群体学习因子C2,并赋予每个粒子随机的速度与位置;
步骤502:计算每个粒子的适应度值;
步骤503:若存在粒子的适应值更优于历史粒子的适应值,则更新粒子的个体历史最佳值pbest与种群历史最佳位置gbest;
步骤504:根据式(9),更新粒子的速度与位置:
式(9)中,k表示其迭代次数;xi表示粒子i的位置向量;vi表示粒子i的速度向量;参数w表示惯性权重;Pi表示粒子i的历史最佳位置向量;gi表示粒子群内所有粒子的历史最佳位置向量;c1表示自我学习因子;c2表示群体学习因子;r1和r2为该区间内均匀分布的伪随机数;
步骤505:重复步骤502-504,直至迭代得到的瞬时能量效率误差的绝对值小于规定的数值;
步骤506:输出电池此时的最高瞬时能量效率,以及该效率对应的流速、温度和电压。
3.根据权利要求1所述的一种基于粒子群算法的全钒液流电池储能系统运行优化方法,其特征在于:所述步骤4中由于内部电动势无法直接测量,通过式(6-1)间接分析功率损失来估算瞬时能量效率:
PLoss表示由欧姆损耗、浓差过电势损耗、活化过电势损耗、自放电损耗和旁路电流损耗构成的能量损耗,PLoss的展开表示如式(6-2):
PLoss=Pact+Pohmic+Pcon+Pdiff+Pshunt (6-2)。
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