本发明涉及重力储能，具体为一种储能质量块的堆叠优化方法及系统。
背景技术：
1、随着可再生能源的不断发展，以风能和太阳能为主的波动性电源快速增长，导致电力不平衡矛盾突出，电网对各种储能技术的需求日益增长。储能是支撑新型电力系统的重要技术和基础装备，对推动能源绿色转型、保障能源安全，实现碳达峰、碳中和具有重要意义。储能技术的作用包括：支撑高比例可再生能源电力系统的运行、提高多元能源系统的灵活性和可靠性、为多元能源系统能量管理和路径优化、提供支持，提高能源交易的自由度。
2、储能技术可按容量划分为大规模储能技术与分布式储能技术，其中大规模储能技术因能实现电能供需之间在时空上的解耦、平抑新能源电站的波动性以辅助其友好入网等功能，将在未来电网中居于核心地位。成本低、适应性强的大容量新型储能技术是构建新型电力系统的颠覆性技术之一。
3、储能技术可按储能形式划分为机械储能、电化学储能、化学储能、电储能与热储能。其中机械储能技术可划分为动能储能技术(如飞轮储能)、弹性势能储能技术(如压缩空气储能)和重力势能储能技术。
4、重力储能是一种环保性和经济性均具有竞争力的物理储能，具备环境友好、布置灵活、安全度高、寿命长、无自放电等显著优势，研发价值突出，应用前景广阔。目前，重力储能技术还处于探索阶段，有待更深入的探究，以推动先期预研、方案规划及技术研发，为新能源长远发展提供后备支撑。
5、相比于抽水蓄能以水作为重物，其开发受地理条件限制极大、建设期长达7-8年，基于固体重力势能的储能技术采用高密度固体作为重物，在场地适应性、扩展灵活性、能量密度、效率、经济性等方面优势突出；与电化学储能、氢储能相比，固体重力储能技术具有天然的电网同步性和惯性，在经济性、安全性上更优，因此很有可能部分替代现有的主流大规模储能技术，改变现有的大规模储能格局。
6、我国风电与光伏等新能源发电资源主要分布于“三北”及西部地区，但普遍缺乏抽水蓄能建设条件。固体重力储能技术地理适应性强、响应灵活快速，非常适合在该类地区与大规模新能源就近建设运行，作为抽水蓄能技术的有益补充。近年来，固体重力储能技术引起了越来越广泛的关注，国外固体重力储能技术相关概念已经普遍由理论验证向工程应用过渡，然而目前相关研究尚缺乏对固体重力储能的各技术路线及其发展现状的系统性总结，且缺乏大规模储能的评价指标，固体重力储能技术与其他储能技术仍需进一步的对比分析以明确其应用定位和发展前景。
7、传统的重力储能系统在质量块堆叠和装卸方面存在效率低下、路径优化不足以及监控和反馈控制不足等问题。质量块的堆叠和装卸主要依赖人工操作，难以满足大规模储能系统的需求。此外，缺乏科学的路径优化算法，导致质量块堆叠和装卸时间较长，影响系统的快速响应能力。同时，缺乏实时监控和反馈控制系统，无法动态调整质量块的堆叠和装卸过程，容易出现堆叠不稳定和碰撞问题。
8、为了克服上述不足，本发明提供了一种基于同步电机和动态规划算法的储能质量块自动堆叠和装卸技术。该技术通过实时监测电机定子电流信号、计算电流变化率、基于动态规划算法优化路径、自动控制堆叠起落架和吊车、实时监控和反馈控制，实现了质量块的精准、高效堆叠和装卸，从而提升系统的运行效率和响应速度。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
2、因此，本发明解决的技术问题是：如何解决传统的重力储能系统在质量块堆叠和装卸方面存在效率低下、路径优化不足以及监控和反馈控制不足等问题。
3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种储能质量块的堆叠优化方法，包括：实时监测和收集同步电机的定子电流信号，将定子三相交流信号转换为两相直流信号；
4、计算定子电流的变化率，根据变化率的阈值判断质量块的位置是否在斜坡段或堆栈平台；
5、根据质量块的位置，基于动态规划算法，计算出最优堆叠路径和策略；
6、根据优化的堆叠路径和策略，自动完成质量块的堆叠和装卸过程。
7、作为本发明所述的储能质量块的堆叠优化方法的一种优选方案，其中：所述将定子三相交流信号转换为两相直流信号包括，通过派克变换将定子三相交流信号转换为两相直流信号id和iq，表达式为：
8、其中，id表示直轴电流，iq表示交轴电流，表示同步电机的三相定子电流信号，ω表示电频率，t表示时间，ωt表示电角度。
9、作为本发明所述的储能质量块的堆叠优化方法的一种优选方案，其中：所述计算定子电流的变化率包括，当质量块运行位置处于斜坡段时，质量块沿斜坡的重力分量以及摩擦力是定值，并合力作用在电机上表现为电机受到的机械转矩tm，此时同步电机提供的电磁转矩te与受到的机械转矩tm相等；
10、当质量块运行位置到达堆栈平台时，电机受到的机械转矩t`m由质量块所受摩擦力f`提供，使机械转矩变化，进而导致同步电机提供的电磁转矩跟随变化，由于q轴方向的磁场影响转子的转动，所以电磁转矩te与定子q轴电流iq相对应，即通过定子q轴电流iq可判断同步电机电磁转矩te是否发生变化，进而判断质量块运行位置；
11、实时监测同步电机定子q轴电流iq，并计算iq关于时间t的变化率k，设置变化率k的阈值为m，当变化率k小于阈值m，代表质量块运行位置在斜坡上，当变化率k大于阈值m，代表质量块运行位置离开了斜坡段。
12、作为本发明所述的储能质量块的堆叠优化方法的一种优选方案，其中：所述变化率k的阈值设置，公式为：
13、
14、当质量块稳定运行于斜坡段时，计算得到iq变化率的平均值，记为ksi(i>0)，其中i代表斜坡段上的质量块数量，调整斜坡上质量块的数量；
15、设斜坡上最多同时运行质量块数量为n，监测并计算斜坡上运行不同数量质量块对应的iq变化率均值，记为ksi(i>0)，取ks＝max(ksi)；
16、为实现质量块运行位置的准确判断，避免运行于斜坡段时因波动导致运行位置的误判断，设置q轴电流iq变化率k大于阈值m的持续时间为t；
17、当变化率k大于阈值m，且持续时间大于t，则判定质量块的运行位置发生变化，离开了斜坡运行区域；当变化率k大于阈值m但持续时间小于t，或变化率k小于阈值m，则判定为质量块运行位置在斜坡区域。
18、作为本发明所述的储能质量块的堆叠优化方法的一种优选方案，其中：所述计算出最优堆叠路径和策略包括，当确定质量块的位置为堆栈平台时，将堆栈平台划分为多个轨道，设堆栈轨道编号从左往右依次表示为l1,l2,…,ln，每个轨道上可以码放的质量块数量分别表示为a1,a2,a3,…,an；
19、每个码放轨道对应的缓冲区轨道长度分别为l1,l2,l3,…,ln，质量块在标准情况下在轨道上的行进速度为v米/秒，
20、由于摩擦力的不同，设质量块在第i条轨道上的行进速度为ki×v，其中ki表示摩擦系数；
21、以码放完所有质量块所用的最短时间为目标函数，构建目标函数t:
22、
23、其中，xi表示分配在第i条轨道上的质量块数量，li表示第i条轨道的缓冲区长度，ki表示摩擦系数，v表示标准速度，l表示每个质量块的长度；
24、设定轨道拥挤阈值co，当轨道i中的拥挤程度超过拥挤阈值co时，则其存在约束条件，表示为：
25、
26、边界条件为：
27、
28、当轨道i中的拥挤程度未超过拥挤阈值co时，其边界条件为：
29、
30、其中，ai表示第i条轨道上能够码放的质量块最大数量；m表示总质量块数量；表示所有轨道上能够码放的质量块总数。
31、作为本发明所述的储能质量块的堆叠优化方法的一种优选方案，其中：所述计算出最优堆叠路径和策略还包括，根据质量块的位置和轨道状态，使用动态规划算法计算最优堆叠路径，设定初始状态为s1，设最优值函数fk(sk)表示第k阶段的初始状态为sk,从第k阶段到第n阶段所得到的最小时间；
32、从第n阶段开始，使用递推方程求解最优值：
33、
34、其中，dn(sn)表示由状态sn所确定的第n阶段的允许决策集合；
35、得到最优解xn＝xn(sn)和最优值fn(sn(；
36、在第n-1阶段，表示为：
37、
38、sn＝tn-1(sn-1,xn-1)
39、其最优解为xn-1＝xn-1(sn-1)，最优值为fn-1(sn-1)；
40、在第k阶段，表示为：
41、
42、其中：
43、
44、解得最优解：
45、
46、和最优值：
47、fk(sk)
48、直到第一阶段，可表示为：
49、
50、其中：
51、s2＝t1(s1,x1)
52、解得最优解x1＝x1(s1)和最优值f1(s1)；
53、最终通过逆推法确定每个阶段的最优决策及路径，完成最优堆叠路径和策略的计算。
54、作为本发明所述的储能质量块的堆叠优化方法的一种优选方案，其中：所述自动完成质量块的堆叠和装卸过程包括，使用控制系统控制堆叠起落架的吊车，将空载状态的支架移动到目标质量块位置；
55、在目标质量块位置，旋转支架至带载状态，托起质量块底部；
56、吊车提起质量块，并水平移动至预定的码放轨道位置；
57、吊车在预定的码放轨道位置下降，将质量块放置在指定的堆叠位置；
58、旋转支架回到空载状态；
59、实时监测质量块的位置和状态，确保质量块准确放置在预定堆叠位置；
60、在完成所有质量块的堆叠和装卸后，对每个质量块的位置和状态进行最终检测，并生成堆叠和装卸过程的报告。
61、一种储能质量块的堆叠优化系统，包括，定子电流信号监测模块：实时监测和收集同步电机的定子电流信号，将定子三相交流信号转换为两相直流信号；
62、质量块位置判断模块：计算定子电流的变化率，根据变化率的阈值判断质量块的位置是否在斜坡段或堆栈平台；
63、堆叠路径和策略计算模块：根据质量块的位置，基于动态规划算法，计算出最优堆叠路径和策略；
64、质量块自动堆叠和装卸模块：根据优化的堆叠路径和策略，自动完成质量块的堆叠和装卸过程。
65、一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明中任一项所述的方法的步骤。
66、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现本发明中任一项所述的方法的步骤。
67、本发明的有益效果：本发明通过自动化控制系统、实时监测和动态规划算法，实现了储能质量块的高效堆叠和装卸。它显著提高了堆叠和装卸效率，增强了系统的响应能力，提升了运行的稳定性和安全性，优化了空间利用率，降低了运维成本，并提高了能量转换效率。该技术适应性强，具有广泛的应用前景。
1.一种储能质量块的堆叠优化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的储能质量块的堆叠优化方法，其特征在于：所述将定子三相交流信号转换为两相直流信号包括，通过派克变换将定子三相交流信号转换为两相直流信号id和iq，表达式为：
3.如权利要求2所述的储能质量块的堆叠优化方法，其特征在于：所述计算定子电流的变化率包括，当质量块运行位置处于斜坡段时，质量块沿斜坡的重力分量和摩擦力是定值，并合力作用在电机上表现为电机受到的机械转矩tm，此时同步电机提供的电磁转矩te与受到的机械转矩tm相等；
4.如权利要求3所述的储能质量块的堆叠优化方法，其特征在于：所述变化率k的阈值设置，公式为：
5.如权利要求4所述的储能质量块的堆叠优化方法，其特征在于：所述计算出最优堆叠路径和策略包括，当确定质量块的位置为堆栈平台时，将堆栈平台划分为多个轨道，设堆栈轨道编号从左往右依次表示为l1,l2,…,ln，每个轨道上可以码放的质量块数量分别表示为a1,a2,a3,…,an；
6.如权利要求5所述的储能质量块的堆叠优化方法，其特征在于：所述计算出最优堆叠路径和策略还包括，根据质量块的位置和轨道状态，使用动态规划算法计算最优堆叠路径，设定初始状态为s1，设最优值函数fk(sk)表示第k阶段的初始状态为sk,从第k阶段到第n阶段所得到的最小时间；
7.如权利要求6所述的储能质量块的堆叠优化方法，其特征在于：所述自动完成质量块的堆叠和装卸过程包括，使用控制系统控制堆叠起落架的吊车，将空载状态的支架移动到目标质量块位置；
8.一种采用如权利要求1至7任一所述方法的一种储能质量块的堆叠优化系统，其特征在于：
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
