鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)建模及其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響研究.pdf

1、儲(chǔ)能技術(shù)被認(rèn)為是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中繼“采-發(fā)-輸-配-用”五大環(huán)節(jié)后的第六大環(huán)節(jié)“儲(chǔ)”。鋰離子電池成本低、效率高，具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)污染，兼具高比能量與高比功率等獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為最具前景的電池體系，已在移動(dòng)通信、電動(dòng)汽車、航空航天、電氣工程等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，革命性地改變了人們生產(chǎn)生活的方式。目前以磷酸鐵鋰電池為代表的鋰離子電池已從電池本體的小容量應(yīng)用發(fā)展到大規(guī)模的系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用，成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置的理想選擇之一。本文以磷酸鐵鋰電池為

2、代表分析鋰電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作機(jī)理，建立其準(zhǔn)確的仿真模型，設(shè)計(jì)鋰電儲(chǔ)能并網(wǎng)系統(tǒng)，研究其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。
　　本文分析了磷酸鐵鋰電池結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作特性和運(yùn)行機(jī)理，在充分研究電池建模理論的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)機(jī)理和外特性等效電路兩方面的建模工作。其中電化學(xué)建模方面，經(jīng)適當(dāng)假設(shè)、合理簡(jiǎn)化，提出了平均濃度建模方法，建立了具有機(jī)理性、不失準(zhǔn)確性、兼具簡(jiǎn)易性和通用性的“鋰離子電池電化學(xué)平均模型”。等效電路建模方面，依托公認(rèn)效果最好的混合電路

3、模型，進(jìn)一步完善、創(chuàng)新，形成了由電壓響應(yīng)模型和容量預(yù)測(cè)模型聯(lián)合組成的新型的綜合等效電路模型。其中電壓響應(yīng)模型充分考慮了SoC、溫度、電流倍率等影響，同時(shí)建立了鋰電池通用的熱力電路模型;容量預(yù)測(cè)模型充分結(jié)合電化學(xué)理論，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)容量衰減、循環(huán)容量衰減和電流動(dòng)態(tài)效應(yīng)三方面聯(lián)合建模，給出了對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法和參數(shù)辨識(shí)步驟。通過(guò)仿真驗(yàn)證，表明所建模型均實(shí)現(xiàn)了應(yīng)有功能、達(dá)到了預(yù)期效果。
　　在電池模型基礎(chǔ)上，繼而對(duì)鋰電儲(chǔ)能并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)研究

4、，包括并網(wǎng)拓?fù)涞姆治雠c建模、新型LCL三階濾波器的設(shè)計(jì)與計(jì)算、控制策略的選擇與應(yīng)用等。實(shí)現(xiàn)了鋰電儲(chǔ)能用于平滑/平抑波動(dòng)功率的PQ實(shí)時(shí)功率控制策略和維持穩(wěn)定的V/f下垂控制策略，同時(shí)提出了基于能量約束的鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)控制流程。通過(guò)在Matlab/simulink中建立微網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)模型，仿真驗(yàn)證了鋰電并網(wǎng)拓?fù)?、濾波結(jié)構(gòu)及相關(guān)控制策略的有效性和實(shí)用性，奠定了鋰電儲(chǔ)能應(yīng)于電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
　　最后仿真研究了鋰電儲(chǔ)能對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。首先根