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基于近似低秩表示与超球面集中的锂离子电池储能系统一致性评估
Consistency Evaluation for Lithium-Ion Battery Energy Storage Systems Based on Approximate Low-Rank Representation and Hypersphere Concentration
| 作者 | Zhen Chen · Weijie Liu · Tangbin Xia · Ershun Pan |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年10月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 锂离子电池储能系统 一致性评估 电池组 低维特征表示 不一致电池组识别 |
语言:
中文摘要
锂离子电池储能系统(ESS)在新型储能累计装机容量中占据大部分份额。储能系统的一致性会显著影响其性能和效率。因此,对储能系统进行准确的一致性评估对于运维管理至关重要。本文提出了一个评估电池组一致性并识别不一致电池包的综合框架。首先,通过近似低秩表示(ALRR)从充放电电压曲线中学习低维特征表示,该方法既能实现降维,又能在低维子空间中保留空间结构关系。其次,利用冯·米塞斯 - 费舍尔分布和最优表示构建了基于超球体集中度的电池组一致性评估指标。第三,通过卡方统计量的假设检验快速识别出存在电压异常的不一致电池包。最后,基于一个电池储能系统的真实数据集对所提出的方法进行了验证。
English Abstract
Lithium-ion battery energy storage systems (ESSs) occupy the majority share of cumulative installed capacity of new energy storage. Consistency of an ESS significantly affects its performance and efficiency. Thus, accurate consistency evaluation for ESSs is vital to the operation maintenance management. This article proposes an integrated framework of evaluating the consistency of battery groups and identifying the inconsistent battery packs. First, low-dimensional feature representations are learned from charge–discharge voltage curves by the approximate low-rank representation (ALRR), which can realize the dimension reduction and also preserve the spatial structure relationships in the low-dimensional subspaces. Second, a hypersphere concentration-based consistency evaluation index for battery groups is constructed with the von Mises–Fisher distribution and optimal representations. Third, the inconsistent battery packs with voltage anomalies are rapidly identified by the hypothesis testing of chi-square statistics. Finally, the proposed method is validated based on real datasets of a battery ESS.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统业务视角来看,这项基于近似低秩表示和超球集中度的锂电池一致性评估技术具有重要的工程应用价值。
在储能系统运维层面,该技术直接切中当前行业痛点。阳光电源的PowerStack、PowerTitan等大型储能产品中,单个系统包含数千甚至上万节电池单体,电池组一致性问题直接影响系统效率、寿命和安全性。传统评估方法依赖人工经验和简单统计指标,难以准确捕捉高维充放电曲线中的细微差异。该论文提出的ALRR方法能够在降维的同时保留空间结构关系,这对于处理海量电池数据、实现精准评估具有显著优势。基于von Mises-Fisher分布构建的超球集中度指标,为量化评估提供了数学严谨的理论基础,卡方统计假设检验则能快速定位异常电池包,这与阳光电源智慧运维平台的预测性维护需求高度契合。
从技术成熟度看,该方法已通过实际储能系统数据验证,具备工程化应用基础。对阳光电源而言,可将其集成到iSolarCloud云平台的电池管理算法模块中,实现从被动监测到主动预警的升级。潜在挑战包括算法实时性优化、不同电池化学体系的适配性验证,以及与现有BMS系统的融合。
这项技术为阳光电源在储能系统差异化竞争中提供了有力工具,特别是在工商业储能和大型电网侧储能项目中,精准的一致性管理可显著降低运维成本、延长系统寿命,提升整体投资回报率,强化公司在全球储能市场的技术领先地位。