钒液流储能电池建模及其平抑风电波动研究

由于风电的随机波动性,大量风电的并网给电网带来了影响,利用储能系统平抑风功率波动的研究变得愈加重要。以钒液流电池（Vanadium Redox Flow Battery,VRFB）为储能元件研究其风电平抑控制策略,建立反映VRFB充放电特性的仿真模型。以钒氧化还原液流电池电化学交流阻抗等效电路为基础,对等效电路重要参数的变化规律做了分析与简化,建立了反映钒液流电池充放电特性的数学模型。以AC/DC变换器的功率解耦控制为基础,建立了基于VRFB储能系统的平抑风电波动控制策略。以某风场的实测风速数据和1.5 MW双馈电机为例,利用PSCAD/EMTDC仿真软件,验证了控制策略的有效性和可行性。     

钒液流储能电池建模及其平抑风电波动研究

由于风电的随机波动性,大量风电的并网给电网带来了影响,利用储能系统平抑风功率波动的研究变得愈加重要.以钒液流电池(Vanadium Redox Flow Battery,VRFB)为储能元件研究其风电平抑控制策略,建立反映VRFB充放电特性的仿真模型.以钒氧化还原液流电池电化学交流阻抗等效电路为基础,对等效电路重要参数的变化规律做了分析与简化,建立了反映钒液流电池充放电特性的数学模型.以AC/DC变换器的功率解耦控制为基础,建立了基于VRFB储能系统的平抑风电波动控制策略.以某风场的实测风速数据和1.5 MW双馈电机为例,利用PSCAD/EMTDC仿真软件,验证了控制策略的有效性和可行性.     

液流储能电池系统支路电流的建模与仿真分析

对全钒液流电池所特有的支路电流损耗进行理论分析和研究,建立支路电流等效电路模型,通过仿真计算对支路电流进行量化分析,并得出支路电流的分布规律及其对全钒液流电池外特性的影响。同时基于化学电池的经典三阶模型,通过引入受控元件的思想,提出包含支路电流损耗因素的全钒液流电池模型,并通过仿真对比分析发现,大规模全钒液流电池系统的支路电流损耗对电池系统外特性影响显著。尽可能地消减支路电流损耗,对于提高电池储能系统的效率和保障电池系统内部模块的电压一致性至关重要,尤其在电力系统领域大规模应用全钒液流储能电池时,支路电流的研究对于工程前期规划设计和系统运行的操作维护,均具有实际应用价值。     

钒电池工作特性及在风电中的应用前景

风力发电输出功率具有波动性,使大规模并网风电场影响了电力系统运行的稳定性.为平滑风电输出功率,提高功率可控性,在风电场中配以适当容量的储能系统,可以有效提高并网风电场的电能质量和稳定性.详细分析了新型全钒氧化还原液流电池(简称钒电池,VRB)储能系统的优点和工作特性,建立了等效电路模型并对其充放电特性进行了仿真分析;说明了钒电池储能在风电场中的应用优势和存在的广阔市场前景;最后介绍了我国钒电池的研究现状.     

全钒液流电池-超级电容混合储能平抑直驱式风电功率波动研究

为了平抑2 MW直驱式永磁同步风力机组的功率波动,提出了新型的全钒液流电池-超级电容混合储能系统。对基于混合储能的双三电平二极管箝位型永磁同步风电系统进行了分析,然后对全钒液流电池和超级电容的等效电路模型、充放电特性、协调控制策略进行了研究。采用双向DC/DC变换器进行混合储能系统的能量管理,并对其协调控制策略进行了研究。建立了三电平直驱式永磁同步风电系统及混合储能系统的仿真模型,对直驱式风电机组运行特性进行仿真验证。结果表明:采用现场采集风速数据导入仿真模型,在风功率波动较大时,混合储能系统能够平滑风电系统输出功率波动,稳态时风力发电机出力基本稳定在1.25 MW,提高了风电系统的可控性和电网友好性。     

面向调频的锂电池储能建模及仿真分析

“双碳”目标的提出,确定了我国能源转型的战略方向,给可再生能源并网提供了契机和动力。但随着高比例的可再生能源发电并网,新型电力系统频率波动特性及调控趋于复杂,调频难度进一步增大,以至于传统调频方式无法满足新型电力系统调频需要,而锂电池储能因具有充放电功率快速、精准的特性,可以解决以上问题。因此,以锂电池储能戴维南等效模型为基础,建立了一个考虑容量衰减、环境温度、电流倍率等影响的电池单体的改进模型。同时给出了模型参数的辨识方法以及辨识理论和其他方面对参数的影响,根据这些因素构成了一种面向调频的锂电池SOC的估计方法。最后通过Matlab的仿真对储能电池的模型进行了验证。仿真表明,该模型准确性较高,可以实现对储能锂电池的SOC等特性的实时估计。     

大规模风电集中接入的电力系统储能容量配置策略

风电集中并网给电力系统安全稳定运行带来新的挑战,配置储能则是改善电力系统静态和动态稳定性的有效手段。分析了储能在解决风电并网问题中的作用,基于液流电池建立了储能装置的机电暂态模型;以电力系统安全稳定为目标,应用数字仿真方法计算了风电集中接入的电力系统对储能的容量需求,提出了配置策略;针对中国典型风电接入电力系统,以保证电力系统静态和动态稳定性为目标,求取了该系统对储能容量的需求,并通过仿真计算验证了配置策略的正确性。     

计及储能出力水平的平滑风电功率模型预测控制策略EI北大核心CSCD

风电大规模并网的有功功率波动给电力系统造成了较大的影响,在风电场并网处加入储能系统可有效平抑风电并网功率波动,提高风电在电网中的渗透率。在储能电池平滑风电功率波动的典型应用场景下,提出了一种计及储能电池出力能力的模型预测控制方法,在减小储能电池出力的同时,兼顾电网对储能系统充放电能力的需求。首先,利用风储发电系统的数学模型,分析储能电池当前输出功率对未来出力能力的影响;然后,设计以储能电池最小出力和最大出力能力为运行原则的模型预测控制策略;最后,基于实际风场数据进行了仿真。结果表明,所提方法可有效降低风电并网功率波动,提高储能电池出力能力,减小储能电池进入死区时间。     

考虑电池组不一致性的储能系统建模及仿真

在当前电池组建模中,往往忽略内部参数差异,将其简化为单体进行仿真。但是,对于电池储能系统,其规模较大,内部单体参数往往差异明显,需要考虑不一致性建模。通过对电池单体和电池组进行循环寿命测试,研究电池老化过程中参数的变化规律。在此基础上,搭建了适合于储能电站优化设计、控制策略参考的考虑不一致性的电池储能系统的详细模型,并将该模型应用于储能系统平抑风电波动的仿真。仿真结果显示,详细模型能够比简化模型提供更优的控制参考。     

计及储能出力水平的平滑风电功率模型预测控制策略

风电大规模并网的有功功率波动给电力系统造成了较大的影响,在风电场并网处加入储能系统可有效平抑风电并网功率波动,提高风电在电网中的渗透率。在储能电池平滑风电功率波动的典型应用场景下,提出了一种计及储能电池出力能力的模型预测控制方法,在减小储能电池出力的同时,兼顾电网对储能系统充放电能力的需求。首先,利用风储发电系统的数学模型,分析储能电池当前输出功率对未来出力能力的影响;然后,设计以储能电池最小出力和最大出力能力为运行原则的模型预测控制策略;最后,基于实际风场数据进行了仿真。结果表明,所提方法可有效降低风电并网功率波动,提高储能电池出力能力,减小储能电池进入死区时间。     

计及大规模全钒液流电池储能系统外特性建模与仿真

研究了全钒液流电池(VFB)储能系统外部运行特性,基于VFB电化学性质开展了储能系统(ESS)建模仿真工作。系统地分析储能系统实际运行数据并评估其过载运行对调度控制的影响,对荷电状态(SOC)、电动势以及等效电阻等关键参数进行拟合并得到函数关系。在此基础上,以戴维南等效电路作为仿真模型主电路,控制模块计算状态参量的变化值,并以受控源和受控电阻的方式将状态参量变化实时反馈到主电路,同时将储能系统过载运行的运行特点嵌入到所建模型中。最后,通过Matlab/Simulink搭建所提模型并仿真运行。仿真运行结果与实测数据对比表明该模型可有效描述储能系统运行外特性,具有较高的工程应用价值。     

平抑风电功率波动的电池储能系统模糊控制方法

在应用储能系统平抑风电场功率波动的过程中,为有效增强功率波动平抑的效果,同时延长储能系统的工作寿命,提出了基于模糊控制的储能系统控制方法。该方法根据风电机组输出功率的变化值和储能系统的电池荷电状态,采用模糊控制方法,实时调节低通滤波器的滤波时间常数,在尽可能平抑风电机组功率波动的同时,有效地保证电池荷电状态维持在限定范围内,避免电池过度充电或过度放电。在SIMULINK环境下进行了采用和不采用模糊控制的仿真对比,结果表明采用模糊控制的储能系统控制方法可以有效降低风机输出功率的变化率,同时也能降低储能电池荷电状态的变化率。     

锂离子电池建模现状研究综述

随着新能源装机规模的逐年递增,电网对储能系统的辅助服务需求日益加重,合理地大规模集成储能电池单元,并通过电池管理系统进行有序控制是未来储能系统应用发展的关键。但由于目前对储能电源模型的研究远远滞后于实际工程需求,因此建立精准的电池模型是电池管理的迫切需要。本文在对比储能现有模型分类的基础上,通过对相关电池建模资料的梳理,分析了电化学模型、黑箱模型与等效电路模型的优缺点与应用场景,重点比对了单体电池的Rint、Thevenin、PNGV等多种等效电路建模方法,并阐述了不同单体模型在多种应用场景下的优势和局限性;同时对电池模组串并联顺序以及电池单体的不一致性影响进行了讨论,可为电池模组化和大规模储能系统应用的性能评估与发展提供参考。     

风电配套电池储能电站的仿真研究

对利用电池储能电站平滑风电场的输出,减小风电输出功率的波动对电网的影响进行了仿真研究。以基于铅酸蓄电池的电池储能电站为研究对象,建立了基于铅酸蓄电池三阶动态等效电路模型的电池储能电站动态数学模型;设计了一种考虑铅酸蓄电池荷电状态的一阶滤波有功控制策略;应用Matlab软件中的Simulink环境,以建立的数学模型为基础搭建了仿真平台。以随机风为例,对采用电池储能电站平滑并网风电场有功功率输出进行了仿真研究。仿真结果表明电池储能电站在动态平滑风电场有功功率输出的同时,还得到了有效保护。     

电池储能电站在风力发电中的应用研究

对利用电池储能电站平滑风电场的输出,减小风电输出功率的波动对电网的影响进行了仿真研究。以基于铅酸蓄电池的电池储能电站为研究对象,建立了基于铅酸蓄电池三阶动态等效电路模型的电池储能电站动态数学模型;设计了一种考虑铅酸蓄电池荷电状态的一阶滤波有功控制策略;应用Matlab软件中的Simulink环境,以建立的数学模型为基础搭建了仿真平台。以随机风为例,对采用电池储能电站平滑并网风电场有功功率输出进行了仿真研究。仿真结果表明电池储能电站在动态平滑风电场有功功率输出的同时,还得到了有效保护。     

锂离子电池电-热联合仿真平台构建

锂离子电池在充放电过程中各个参数量都会随温度的变化而变化,实时评估锂离子电池的电热特性对电动汽车维护和电网储能运行至关重要。针对实际运行中锂离子电池参数测量不准确、电热传递特性不易获取、操作不便等问题,构建锂离子电池电气模型和热模型,并基于等效电路模型和集中热参数模型,综合考虑电池电-热耦合特性,构建了锂离子电池电-热联合仿真平台。基于仿真平台,通过恒流—恒压—新欧洲驾驶周期(New European Driving Cycle,NEDC)实际工况充放电试验,得到电池温度变化曲线,并通过分析温度与电流、端电压和产热散热特性曲线的对应关系,验证了联合仿真平台的有效性。该联合仿真平台可为锂离子电池电-热耦合特性的理论分析以及电池管理系统的设计优化提供依据。     

基于电池储能的并网变换器在风电系统中应用及其控制

为解决风力发电直接并网会对电网产生很大冲击的问题,提出了一种基于电池储能的并网变换器,该并网变换器在风电系统应用中能平抑风电功率波动,在电网发生故障时提供无功功率,孤岛运行状态下向当地负荷提供不间断供电,并在电网恢复正常运行后,实现从离网到并网的快速无冲击切换。在MATLAB/SIMULINK中搭建了基于电池储能的并网变换器模型,仿真结果验证了分析的正确性。     

双卡尔曼滤波法估计电动汽车电池健康状态

选用戴维南等效电路模型作为基础电池模型,标定荷电状态(SOC)-开路电压(OCV)曲线,利用指数拟合法拟合等效电路模型中的电阻-电容电路(RC)参数,提出基于安时积分法使用拓展卡尔曼滤波法估计SOC,以及基于容量法使用卡尔曼滤波估计电池健康状态(SOH),建立双卡尔曼滤波SOH估算方法。随机电流激励仿真结果表明:该方法的估计值与真实值变化趋势一致,且估计误差控制在1%以内。SOH估算实验结果表明:在开始阶段,SOH估计值与真实值有一定的偏差,之后变化趋势一致,误差可控制在1%以内。     

含风电电力系统中复合储能系统容量优化方法

大规模风电并网会严重影响电力系统的稳定运行及安全。分析了不同种类储能系统特性的情况,提出在系统内配置由超级电容器、电池储能以及抽水蓄能构成的复合储能系统,充分利用电池和超级电容器充放电较迅速的特点以平抑风电功率波动,利用抽水蓄能机组调节容量大的特点进行削峰填谷,以获得最小系统总成本为目标,对该复合储能系统的配置容量进行优化。以改进的IEEE RTS-96系统为例,并基于国内某风电场的历史出力数据,进行了仿真计算分析。仿真结果验证了该复合储能模型及其容量优化方法的有效性,在一定程度上提高了风电的渗透率以及系统的运行经济性。     

带可变参数锂离子电池Thevenin模型

高效的储能蓄电池对风储能系统非常关键,建立合理的电池模型对于研究电池的性能十分有意义.电池新一代汽车合作计划(PNGV)模型精确度高但是计算量大,Thevenin模型计算量小但精确度低.以18 Ah的锂离子电池为研究对象,提出了一个改进的Thevenin等效电路模型,对模型中各参数值的确定方法作了修改.将模型中的参数设置为随着电池荷电状态(SOC)变化的量,采用恒流脉冲实验来确定改进后的模型参数,利用电力系统仿真软件(PSCAD)软件分别对常规和改进的Thevenin模型进行仿真.比较结果显示,相对于常规模型,改进模型具有计算量小、结果准确的特点,可为电池储能系统的仿真提供参考.