电化学电池储能系统统一等效建模及其应用

发布时间：2017-08-14 01:23

  本文关键词：电化学电池储能系统统一等效建模及其应用

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【摘要】：发-输-配-用的瞬时性一直是电力系统发展的瓶颈,储能技术的出现可为解决这一问题提供有效途径。随着储能技术的发展,其在电力系统的平抑波动、跟踪出力、调峰调频等领域可期发挥重要作用。为了与储能技术在电力系统的应用相适应构建精确的储能系统等效模型成为电力系统仿真领域亟需解决的问题。本文首先分析了锂电池、镍氢电池、液流电池、铅酸电池四种典型电化学电池反应机理及充放电外特性,综述了四种典型电化学电池各自常用的等效电路模型,在充分研究了其充放电外特性和常用等效电路模型的异同的基础上,构建了电化学电池的直流侧统一等效模型,该模型集合了PNGV模型、Thevenin模型、二阶阻容模型各自的特点,使其对四种典型的电化学电池的外特性都有较强的描述能力,基于四种典型电化学电池的充放电实验数据对电化学电池直流侧统一等效模型进行检验,结果表明所提出的直流侧统一等效模型能够有效描述四种典型电化学电池的充放电外特性,且辨识参数稳定,满足电力系统仿真的需求。在直流侧统一等效模型的基础上,结合实际储能系统经典结构和并网控制策略,对电化学电池储能系统并网系统进行了详细研究,设计了合理并网拓扑、选择LCL三阶滤波器作为并网滤波器并计算了其参数、选择PQ控制作为并网控制策略。基于Matlab/simulink构建了电化学电池储能系统的统一并网仿真型,并对其进行了并网仿真、跟踪出力仿真、平抑风电功率波动仿真以对模型进行验证。利用电化学电池储能系统统一并网仿真模型进行机电暂态仿真,结合其机电暂态特性通过对其控制系统进行传递函数推导,进而提出了能反映电化学电池储能系统的出力指令的统一综合等效模型,该模型不仅能用于含储能系统的电力系统机电暂态仿真,而且能用于平抑风电场功率波动等应用的仿真,适用范围广,参数少,易于辨识,仿真实例表明该模型能够满足含储能系统的机电暂态仿真和平抑风电场功率波动等应用需求。最后为便于后续的储能系统仿真建模工作,同时更好地展现上述研究成果,本文构建一个电化学电池统一等效建模仿真系统,系统包含了直流侧机理建模、直流侧非机理建模和统一综合等效建模三种建模方式,在直流侧机理建模界面,提供的电化学电池的直流侧统一等效模型,该模型能够适应不同化学电池建模的需要,系统内含总体测辨法参数辨识所需的遗传算法；在直流侧非机理建模界面,用户可按需要设置神经网络的规模,并动态显示模型的示意图,充分发挥神经网络的强大的非线性映射能力；在统一综合等效建模界面,提供了电化学电池储能系统统一综合等效模型,该模型能描述电化学电池储能系统在不同电网故障程度下不同充放电状态下的外特性,实例表明该系统功能齐全,可扩展性好,能够满足电化学电池统一等效建模的需要。
【关键词】：储能 电化学电池 统一等效建模 综合等效建模 平抑波动
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 课题研究背景和意义12-13
• 1.2 储能种类和应用13-15
• 1.2.1 储能的分类13-14
• 1.2.2 储能在电力系统中的应用14-15
• 1.3 储能系统等效建模的基本原理15-18
• 1.3.1 总体测辨法基本原理15-17
• 1.3.2 参数辨识原理17-18
• 1.4 储能系统等效建模的研究现状18-20
• 1.5 研究思路与章节安排20-23
• 1.5.1 本文的研究思路20-21
• 1.5.2 本文的章节安排21-23
• 第2章 电化学电池直流侧统一等效建模研究23-42
• 2.1 四种典型电化学电池的基本原理及其外特性分析23-28
• 2.1.1 锂电池基本原理及外特性分析23-24
• 2.1.2 铅酸电池基本原理及外特性分析24-25
• 2.1.3 镍氢电池基本原理及外特性分析25-27
• 2.1.4 液流电池基本原理及外特性分析27-28
• 2.1.5 四种电化学电池外特性异同分析28
• 2.2 四种典型电化学电池的直流侧统一等效建模28-33
• 2.2.1 四种典型电化学电池的常用等效模型分析28-30
• 2.2.2 统一等效建模30-33
• 2.2.2.1 电化学电池常用模型共性及其机理分析30-31
• 2.2.2.2 统一等效模型描述31-32
• 2.2.2.3 统一等效模型的参数灵敏度分析32-33
• 2.3 统一等效模型的检验33-41
• 2.3.1 锂电池数据检验33-35
• 2.3.2 铅酸电池数据检验35-37
• 2.3.3 镍氢电池数据检验37-38
• 2.3.4 液流电池数据检验38-39
• 2.3.5 模型对电池单体和成组电池堆的适用性分析39-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第3章 电化学电池统一并网仿真系统设计42-51
• 3.1 并网拓扑设计42
• 3.2 滤波器设计42-45
• 3.2.1 滤波器结构设计42-44
• 3.2.2 LCL三阶滤波器参数设计44-45
• 3.3 控制策略设计45
• 3.4 总体设计与仿真搭建45-46
• 3.5 仿真验证46-50
• 3.5.1 并网验证46-47
• 3.5.2 功率跟踪验证47-48
• 3.5.3 平抑波动验证48-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 电化学电池储能系统的统一综合等效建模51-65
• 4.1 模型的推导与描述51-53
• 4.1.1 模型的推导51-52
• 4.1.2 模型描述52-53
• 4.2 模型的检验53-59
• 4.2.1 检验方法53-54
• 4.2.2 描述能力检验54-56
• 4.2.3 泛化能力检验56-59
• 4.3 统一综合等效模型应用59-62
• 4.3.1 跟踪出力应用60
• 4.3.2 平抑波动应用60-62
• 4.4 统一综合等效模型与详细模型的比较62-63
• 4.4.1 结构复杂度比较62-63
• 4.4.2 仿真时长比较63
• 4.5 本章总结63-65
• 第5章 电化学电池统一建模仿真系统65-75
• 5.1 开发环境及设计原则65-66
• 5.1.1 开发工具和系统65
• 5.1.2 运行环境65
• 5.1.3 软件的设计原则65-66
• 5.2 软件设计66-67
• 5.2.1 总体流程设计66
• 5.2.2 可以扩展性设计66-67
• 5.3 建模理论分析67-68
• 5.3.1 直流侧机理建模理论分析67
• 5.3.2 直流侧非机理建模理论分析67-68
• 5.3.3 统一综合等效建模理论分析68
• 5.4 系统的应用检验68-73
• 5.4.1 登录界面68-69
• 5.4.2 直流侧机理建模69-71
• 5.4.3 直流侧非机理建模71-72
• 5.4.4 统一综合等效建模72-73
• 5.5 本章小结73-75
• 第6章 结论75-78
• 6.1 本文的主要研究内容和成果75-76
• 6.2 存在的不足与展望76-78
• 参考文献78-83
• 致谢83-84
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术成果目录84-85
• 附录B 攻读学位期间参与的科研项目85

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本文编号：670042