基於物聯網技術的海上風電廢舊電池儲能系統建模仿真

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基於物聯網技術的海上風電廢舊電池儲能系統建模仿真我國海上風能擁有巨大能源潛力，但風能的波動性和隨機性使得電網短時間內能量不平衡加劇，缺少針對電網穩定運行和調頻要求的儲能系統。為此，本項目將物聯網「萬物互聯」的管理功能與大電網進行智能結合，在「雙碳」節能環保理念下設計基於物聯網技術的海上風電廢舊電池儲能建模仿真系統。

用風力發電與電池儲能、廢舊電池梯次利用以及設備在線監測等物聯網技術和數字建模的方法，設計適用海上風電場景的儲能系統配置方案，基於物聯網雲計算的運營模式，實現內網、專網環境下，安全可控的實時在線監測、定位追溯，實現海上風電＋儲能綜合能源系統的高效、節能、安全、環保的一體化管控，推動海上風電儲能技術的發展。

目錄

項目設計

（1）儲能管理平台的設計

利用物聯網的智能化管控系統，對風機的電源側、廢舊電池的儲能側與大電網的複合側進行有效互聯，達到能源的高效控制與管理，同時基於物聯網的雲計算運營等模式與物聯網技術對設備的在線監測功能，將儲能管控平台進行管控，實現內網、專網環境下，安全可控的實時在線監測、定位追溯。

（2）數據傳輸技術

利用5G結合能源路由器的物聯網信息技術，通過溫度、濕度、風力等傳感器採集各風機組和儲能硬件設備的在線運行數據，實現系統風機組和電池組以及電網之間信息的傳輸調控，進行物聯管控平台大數據分析，監測電能線路中的故障位置和詳細信息，識別故障類型判斷電能線路運行狀態，從而獲得電能質量監測結果實現物聯網智能化管控。

（3）蓄電池儲能系統的數學模型建立

基於謝菲爾提出的 Shepherd 模型來描述風力發電系統中的蓄電池元件模型，同時結合該模型合理地反映蓄電池儲能系統的電流和電壓變化；進一步引入龍格庫塔算法，以蓄電池儲能系統的風力發電機仿真為基礎，用可變步長的方式對模型進行運算和求解。

（4）儲能電池的壽命估算研究

計及電池儲能壽命損耗的風光儲電站儲能配置方案，結合電池儲能的綜合模型，同時考慮電池儲能充放電次數及充放電深度對電池儲能壽命影響較大的特點，建立以風光儲電站年淨收益最大為目標函數的優化配置數學模型；進一步引入脈衝負載條件下的基於雨流計數方法，優化儲能電池壽命估計算法模型，提高儲能電池壽命估計精度。

（5）電池儲能的功率計算方法

計及損耗功率分配優化模型和2.1 VRB 損耗模型，基於 VRB 的工作原理，結合電池儲能系統的綜合方案，建立等效損耗電路模型，並通過該數學模型體現出 VRB的非線性、時變性等特點，實現對儲能系統的分析和精確控制。

（6）基於自適應反演滑模的電池儲能系統的能量管理控制技術

結合電池管理系統綜合方案，上級通過擴展卡爾曼粒子濾波對電池儲能系統的荷電狀態進行精確監測和控制，下級應用自適應反演滑模控制跟蹤參考信號，實現對電池儲能系統的能量波動及負載變化的精確控制。

技術方案

本項目利用物聯網的智能化管控系統，實現大電網電源側、儲能側與複合側的有效互聯，達到能源的高效控制與管理。利用風力發電與電池儲能技術、廢舊電池梯次利用技術以及設備在線監測技術等物聯網技術和數字建模的方法，設計適用於海上風電場景的儲能系統配置方案，軟件方面實現在內網，專網環境下，安全可控的試試在線監測、定位追溯的儲能管理系統。硬件模塊，將5G結合能源路由器，使溫度、濕度、風力傳感器與儲能在線監測傳感器和大電網複合側結合，進行大數據分析。建模仿真系統由基本的蓄電池儲能系統和基於自適應反演滑模的電池儲能系統的能量管理系統組成，在蓄電池儲能系統中利用基於謝菲爾提出的 Shepherd 模型來描述風力發電系統中的蓄電池元件模型，來合理地反映蓄電池儲能系統的電流和電壓變化。同時進一步引入龍格庫塔算法，以蓄電池儲能系統的風力發電機仿真為基礎，用可變步長的方式對模型進行運算和求解；電池儲能系統中以風電儲電站年淨收益最大為目標函數的優化配置數學模型，引入脈衝負載條件下的基於雨流計數方法，優化儲能電池壽命估計算法模型，可以提高儲能電池壽命估計精度，目的是完成不同壽命電池的組合分配；引入計及損耗功率分配優化模型和2.1 VRB 損耗模型，實現對電池儲能系統功率的分析和精確控制；並在上級通過擴展卡爾曼粒子濾波對電池儲能系統的荷電狀態進行精確監測和控制，下級應用自適應反演滑模控制跟蹤參考信號，實現對電池儲能系統的能量波動及負載變化的精確控制。

（1）儲能管理平台

利用物聯網的智能化管控系統，對風機的電源側、廢舊電池的儲能側與大電網的複合側進行有效互聯，達到能源的高效控制與管理，同時基於物聯網的雲計算運營等模式與物聯網技術對設備的在線監測功能，將儲能管控平台進行管控，實現內網、專網環境下，安全可控的實時在線監測、定位追溯。

基於物聯感控技術的通用物聯網解決方案，以物聯網、大數據、雲計算等技術為支持，以「基礎設施設備物聯化、供水時空信息互聯化、運營管理服務協同化」為特點，使用雲智感知平台互聯網整體解決方案，形成感知服務、基礎設施服務、數據服務、平台服務、應用服務及數據監測服務等能力。將儲能管控平台分為以下六層：

1、物聯感知層：利用物聯網等信息技術，通過各類視頻監控、傳感、射頻識別、條形碼設別、二維碼識別等方式，按通用的標準協議，把相關感知端與雲中心相連接，進行信息交換和通信，實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理，為相關信息化應用提供前端基礎數據支撐。

2、基礎設施層：包括機房動力與環境、計算資源池、存儲資源池、網絡資源池、虛擬化服務，為上層服務提供雲計算基礎支撐服務。

3、基礎平台層：捷聯基礎平台提供通用的配置化服務，為上層應用提供數據支撐服務。

4、平台服務層：以捷聯基礎平台提供的配置化服務，通過配置化方式實現營業服務的開發。

5、應用服務層：通過配置化的方式，實現數據的在線監測、聯動報警、數據分析、電子看板及綜合管理等服務。

6、展示服務層：提供可以適配不同終端的展示服務，包括採用響應式布局、可配置化、多模態（拖曳式布局、三維可視化）展示。

（2）數據傳輸技術

1.能源路由器

能源路由器可以實現能源載體的輸入、輸出、轉換、存儲，實現不同能源形式的互聯互補、生產與消費環節的有機貫通，實現不同特徵能源流的融合。在海上風機組和儲能硬件上，能源路由器可以支持能源網絡實現互聯，具體的轉換技術中，除了功率之外，還增加了一個信息流，這樣在物聯網中能夠恰當的發揮自身的作用。對於一個局部能源網絡，為了不引起系統範圍內的影響，必須維持其接口處的電壓和電流水平，例如維持與外界的功率（有功、無功）交換。