全钒液流电池储能系统的仿真研究

储能具有调峰幅度大、响应速度快等优点,对未来电网发展具有深远的影响。近年来,储能技术迅猛发展,为充分发挥全钒液流电池储能系统相较于传统电池储能技术的优势,对全钒液流电池储能系统进行了仿真研究。首先,根据全钒液流电池的基本结构分析了其原理及特性,搭建了全钒液流电池的电气模型。然后,对储能逆变器连接储能电池和电网的两种控制策略,定功率(PQ)控制策略和定电压频率(VF)控制策略分别进行了建模和仿真验证。最后,以北海热电厂为实际应用场景,将所搭建的储能电站模型应用于黑启动方案中。启动储能逆变器后,北海热电厂的厂用母线电压可以稳定维持在0.96 p.u,表明了利用储能电站进行黑启动的可行性,验证了储能电站模型的有效性。     

光伏系统中钒液流电池特性的研究

针对太阳能发电输出功率的不连续性和波动性,分析了各种储能电池的优缺点,提出了采用以钒液流电池(VRB)储能来解决这一缺陷的方法,研究了VRB的工作原理及其等效电路模型。在此基础上搭建了其仿真模型,通过采用恒流控制策略在Matlab/Simuink中对VRB特性进行了验证,仿真结果表明VRB能够快速平抑输出功率的波动,可以保证直流电压的稳定,增强系统运行的安全性和供电的可靠性,仿真结果与理论分析相吻合,为进一步研究钒液流电池在大规模光伏发电系统的应用提供了理论指导。     

一种全钒液流电池并网控制系统的仿真设计

分布式发电系统通过将各种不同的能源形式转换为电能加以利用,是分布式能源最有效的利用方式之一。全钒液流电池是大型的电力存储系统,在分布式电源中有许多潜在的应用。介绍了微电网的系统结构,阐述了储能电池的作用,设计了5 k W全钒液流电池放电系统的双环控制系统,详细分析了电流内环和电压外环控制器的设计过程。基于全钒液流电池的等效电路模型和放电特性,利用Matlab搭建了5 k W全钒液流电池放电系统的仿真电路,仿真表明了设计的合理性。     

基于全钒液流储能系统的微电网控制策略研究

为提高微电网运行的安全稳定及经济性,近年来全钒液流储能系统备受关注,它具有容量大、能量效率高、反应速度快等优点,能够作为微电网中的主电源,起到稳定电压频率及维持微电网的有功、无功功率平衡的作用。提出一种交流微电网全钒液流储能系统控制策略,分析全钒液流电池双向DC/AC变流器主电路及控制方法。利用RTDS仿真平台,建立全钒液流储能电池模型,并搭建含有风、光、储的微电网仿真平台。仿真与实验结果表明,提出的微电网控制策略可保证微电网在各种运行模式下均能安全稳定运行。     

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。     

一种蓄电池充电器的数字控制器优化设计

基于微电网中储能系统,设计了一种新的蓄电池充电电路,介绍了蓄电池充电电路的特点及控制策略。详细介绍了全钒液流电池(VRB)的工作原理,根据全钒液流电池的特性及全钒液流电池的一阶阻容模型,运用小信号模型分析法和状态空间平均法建立了蓄电池恒流充电时的数学模型,提出了一种基于蓄电池一阶阻容模型的DC-DC双向变换电路的建模方法,然后利用数字控制系统参数优化的方法,设计了DC-DC双向变换电路的数字控制器。最后,基于DC-DC双向变换器的电池充放电控制策略及全钒液流电池的仿真模型,利用MATLAB搭建了系统的仿真电路,并搭建了2kW蓄电池充电电路的实验样机,仿真和实验结果表明,设计的蓄电池充电电路及其控制策略是可行的。     

VRB储能系统多目标优化功率分配策略

为了提高储能系统功率分配的合理性,提高风力、光伏电站及微网运行的经济性和稳定性,针对大容量全钒液流电池储能系统提出了一种多目标优化功率分配策略。该策略将储能系统的运行损耗、储能单元的充放电容量折损及储能单元间的荷电状态均衡度作为多目标优化模型,构建系统目标函数,利用模拟退火粒子群算法实现储能系统的经济性和可调度性运行。所提策略以MATLAB/Simulink为仿真平台,搭建了多组并联结构的全钒液流电池模型,并进行功率分配仿真验证,研究结果表明:所提策略可有效降低系统的运行损耗和储能单元的容量折损率,且储能系统可达到一致性均衡。研究结果可为储能系统功率分配提供参考。     

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。     

基于RT-LAB的储能变流器硬件在环实时仿真

本文通过搭建电池储能系统、储能变流器拓扑结构的实时仿真模型,并结合储能变流器的嵌入式控制器,构建基于RT-LAB实时仿真系统的电池储能变流器硬件在环实时仿真平台,利用实时仿真平台研究储能变流器嵌入式控制器的控制机理。实验结果证明:所搭建的硬件在环实时仿真平台运行良好,其充放电过程的仿真结果与实际储能变流设备输出结果较为一致,可用于验证所开发的储能变流器的调节机制以及电池储能系统的充放电过程,为电池储能变流器控制策略的验证提供了理想的半实物仿真研究平台,为储能变流器在新能源发电等新兴领域的应用研究奠定了基础。     

面向广义负荷的电池储能系统等效建模研究

随着电池储能系统在电网中应用日益广泛,配电网综合负荷特性应当计及电池储能系统的动态特性,建立适用于广义负荷建模的电池储能系统仿真模型。基于软件仿真环境搭建了电池储能系统并网仿真平台,研究了电池储能系统在并网母线处的动态特性,提出了一种含电压源、电阻以及惯性环节的电池储能系统的外特性等效模型;分析了提出模型在泛化能力方面的不足及其原因,在此基础上,提出了一种基于模型参数修正的改进模型结构。仿真结果表明,提出的模型能较好地描述电池储能系统的动态特性,而改进模型则有效提高了提出模型的泛化能力。