一种退役电池的监测与控制装置

技术领域

本发明属于能源供给平衡技术领域，具体涉及一种退役电池的监测与控制装置。

背景技术

近年来，随着煤、石油、天然气等大力开采，能源陷入紧缺。为了加快发展方式绿色转型，绿色能源产业被予以更高的期望。其中，光伏、风电以其安全、清洁、充裕等优点被广泛应用。作为清洁能源的代表，它们具有其他能源不可比拟的优势，但也存在突出的局限性。两种能量形式的发电供电都具有不稳定性和间歇性，直接并网会对电能质量产生影响和对安全稳定运行带来威胁，解决供能不稳定方案一般使用蓄电池组对风光进行削峰填谷，平衡功率。然而新电池的成本较高，使得发电成本偏高。

传统的供能调节方式是采用三级负荷供电的方式，一级负荷重为特别重要负荷，二级负荷为一般负荷，三级负荷为不重要的一般负荷。根据安全要求，一级负荷重使用配电网供电，二三级负荷使用分布式能源系统与配电网联合供电。当风光能源不足时会依次切断三级负荷与部分二级负荷，其中不乏有生活基础用电项目，忽略了用户端的用电体验与舒适度。

并且传统电池容量低于80％及视为报废，但这些电池仍有较大的利用空间。传统电池回收工业是对电池拆解回收，在此过程中会产生汞等重金属，不符合绿色发展的理念。

发明内容

发明目的:针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种退役电池的监测与控制装置，能够针对用户端的需求调节供能端的各个设备功率，并且利用MS-BOA算法优化供能端功率调节，保障供能的能量利用率，提升了用户舒适度和用电体验。

技术方案：本发明提供一种退役电池的监测与控制装置，包括供能参数采集单元、电池参数采集单元、系统供给控制单元、供给调节策略设计单元；

所述电池参数采集单元包含多个电池模组，BMS采集各所述电池模组的电流、电压、压差、SOC以及SOH数据，所述电池模组的输出端与BMS连接，电池模组各自独立连接；

所述供能参数采集单元包括分布式能源模块、配电网模块，分布式能源模块与配电网模块联合对负荷模块与电池参数采集单元中电池模组供电；

所述供给调节策略设计单元与所述系统供给控制单元连接，所述供能参数采集单元分别与供能参数采集单元、系统供给控制单元连接，负荷模块与所述系统供给控制单元连接；所述系统供给控制单元采集监测所述供能参数采集单元、电池参数采集单元以及负荷模块的相关数据；

所述供给调节策略设计单元基于所述供能参数采集单元、电池参数采集单元、负荷模块的各项数据，采用基于混合策略改进的蝴蝶优化MS-BOA算法进行供给功率优化判断及调控；所述供给功率优化判断及调控方法是基于负荷模块负荷需求对供能参数采集单元中的分布式能源与配电网模块的功率和电池参数采集单元中电池模组的输出功率进行优化调控，确保负荷模块的功率稳定。

进一步地，所述供给功率优化判断及调控方法的目标函数具体如下：

以用户端用电的质量为标准的目标函数及其约束条件，公式如下：

其中，p

进一步地，所述供给调节策略设计单元由算法控制，主要包括如下步骤：

步骤1：初始化参数，利用Circle映射初始群体中每个蝴蝶的位置由公式(1)在搜索空间随机生成；

x

其中，x

步骤2：计算适应度值，并记录当前最优个体及位置；

步骤3：设置算法相关参数由公式(2)-(4)计算所得；

其中，P

步骤4：计算每个蝴蝶个体的香味大小,公式如下：

f＝cI

其中：f为香味大小，即其他蝴蝶能够感知到的香味强度；c为感官模态，在[0，1]取值；I为刺激强度；a为幂指数，在[0，1]取值；

步骤5：当rand＜P时，选用公式(6)进行更新个体位置，当P≤rand＜P

正弦余弦算法位置更新公式：

其中，

全局搜索阶段的位置更新公式：

分别表示第i只蝴蝶在第t次、第t+1次迭代中的解向量；r是[0，1]的随机数；g

局部搜索阶段的位置更新公式：

表示在t次迭代中，从种群内部随机选择的第j、k个个体的解向量；r为[0，1]的随机数；

步骤6：根据新解重新计算适应度并更新全局最优位置；

步骤7：利用逐维变异策略更新最优个体位置，变异后新位置优于原先位置则使用新位置，否则，使用原位置，逐维变异策略公式如下：

为d维中最优解，/>

步骤8：判断是否满足终止条件，如果满足则输出最优解，否则重复步骤3到步骤7；

步骤9：将得到最优供能解传输给系统供给控制单元下达调节指令。

进一步地，所述电池参数采集单元还包括温度传感器与恒温传感器，所述系统供给控制单元包括控制模块、报警模块以及监控模块，所述报警模块与监控模块协同作用传达能源供给系统异常情况，所述监控模块、控制模块与所述供给调节策略设计单元连接；所述报警模块实时监测电池参数采集单元中电池模组温度数据，电池模组温度超过警戒值，所述报警模块及时传达报警信号；所述控制模块接受报警信号并调节所述恒温控制器；所述监控模块实时采集监控所述供能参数单元、电池参数采集单元、负荷模块的各项数据；所述控制模块接受各项指令并下达。

有益效果：

1、本发明对储能电池模组之间独立连接并采用BMS控制，实现对储能电池模组的精准管理，对异常电池模组从可快速进行切除，电池组中配备了恒温控制器，不但保证了退役电池模组在最佳的工作温度，还可以对异常模组进行降温处理防止退役电池的热失控的问题。

2、本发明以用户端的用电需求为目标，对供电端各系统功率进行调节，保障了用户的舒适度和用电体验。使用了退役电池作为消纳削峰填谷的调节设备，提高了供能系统能使用效率，降低了供电系统成本。

3、本发明还利用MS-BOA算法生成控制策略，求用户端用电需求的供能端各模块最优功率输出，保障供能的能量利用率，提升了用户舒适度和用电体验。

附图说明

图1为本发明的硬件结构示意图；

图2为本发明采用的基于混合策略改进的蝴蝶优化算法流程图；

图3为硬件运行逻辑图；

图4为功率控制流程图；

图5为本发明设备改进前后输出电量与负荷端用电需求对比图；

图6为设备改进前后网购电量对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

参见附图1、附图2，本发明公开了一种退役电池的监测与控制装置，包括供能参数采集单元1、电池参数采集单元2、报警模块3、监控模块4、控制模块5、供给调节策略设计单元6。

电池参数采集单元2包含多个电池模组、温度传感器以及恒温控制器，BMS采集每个电池模组的电流、电压、压差、SOC以及SOH等数据，电池模组温度通过温度传感器采集传输入BMS。电池参数采集单元2中电池模组的输出端与BMS连接，电池模组各自独立连接。

系统供给控制单元的报警模块3与监控模块4协同作用传达能源供给系统异常情况，系统供给控制单元的监控模块4与控制模块5、供给调节策略设计单元6连接。报警模块3与监控模块4协同作用，其中，报警模块3实时监测电池参数采集单元2中电池模组温度数据，电池模组温度超过警戒值，报警模块3及时传达报警信号，控制模块5接受报警信号并调节电池参数采集单元2中的恒温控制器，若电池模组温度超过临界值，控制模块5接受报警信号并断开相应的电池模组，监控模块4实时监控供能参数采集单元1、电池参数采集单元2、负荷模块7的各项数据；控制模块5接受各项指令并下达。

供给调节策略设计单元6与系统供给控制单元连接，供能参数采集单元1分别与供能参数采集单元1、系统供给控制单元连接，负荷模块7与系统供给控制单元连接；系统供给控制单元采集监测供能参数采集单元1、供能参数采集单元1以及负荷模块7的相关数据。

供给调节策略设计单元6基于供能参数采集单元1、电池参数采集单元2、负荷模块7的各项数据，采用基于MS-BOA算法进行供给功率优化判断及调控；供给功率优化判断及调控方法是基于负荷模块负荷需求对供能参数采集单元中的分布式能源与配电网模块的功率和电池参数采集单元中电池模组的输出功率进行优化调控，确保负荷模块的功率稳定。

供给调节策略设计单元6进行供给功率优化判断并进行调控是基于负荷模块负荷需求对供能参数单元中的分布式能源与配电网模块的功率和电池参数采集单元中电池组的输出功率进行优化调控，确保负荷模块的功率稳定。

控制单元5集成以用户端用电的质量为标准的目标函数及其约束条件，公式如下：

其中，p

参见图2所示，供给调节策略设计由算法控制，主要包括如下步骤：

步骤1：初始化参数，利用Circle映射初始群体中每个蝴蝶的位置由公式(1)在搜索空间随机生成；

x

其中，x

步骤2：计算适应度值，并记录当前最优个体及位置。

步骤3：设置算法相关参数由公式(2)-(4)计算所得：

其中，P

步骤4：计算每个蝴蝶个体的香味大小,公式如下：

f＝cI

其中：f为香味大小，即其他蝴蝶能够感知到的香味强度；c为感官模态，在[0，1]取值；I为刺激强度；a为幂指数，在[0，1]取值。

步骤5：当rand＜P时，选用公式(6)进行更新个体位置，当P≤rand＜P

正弦余弦算法位置更新公式：

表示第t次迭代中第i个个体在第d维上的解；/>

全局搜索阶段的位置更新公式：

分别表示第i只蝴蝶在第t次、第t+1次迭代中的解向量；r是[0，1]的随机数；g

局部搜索阶段的位置更新公式：

表示在t次迭代中，从种群内部随机选择的第j、k个个体的解向量；r为[0，1]的随机数。

步骤6：根据新解重新计算适应度并更新全局最优位置；

步骤7：利用逐维变异策略更新最优个体位置，变异后新位置优于原先位置则使用新位置，否则，使用原位置。逐维变异策略公式如下：

为d维中最优解，/>

步骤8：判断是否满足终止条件，如果满足则输出最优解，否则重复步骤3到步骤7。

步骤9：将得到最优供能解传输给控制模块下达调节指令。

通过附图4所示是供能控制流程图，设备以负载端用电需求为目标进行调控，首先由分布式能源与退役电池联合供能，当退役电池组或分布式能源供能不足维持负荷端用电需求时，配电网加入供能端开始供电，当分布式能源充足时，切除配电网对负荷端供电的同时并对退役电池组充电。

图5是加入设备前后输出电量与负载端电需求的关系图，设备加入前电量输出取决于系统结构，即一级负荷固定，二三级负荷根据分布式能源供能。电量输出相对稳定，变化幅度较小电能利用率不高。加入后电量输出取决负载端电量需求，根据需求端来控制电量输出。改进后的设备更加的符合用户需求。

图6是改进设备前后网购电量对比图，设备改进前网购电量输波动幅度较小，而加入后在8时至20时期间购电明显有所降低，由此可见，改进设备后对分布式能源利用率更好并且更加节能经济。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。