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

1、儲能技術(shù)被認為是現(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”。鋰離子電池成本低、效率高，具有循環(huán)壽命長、無污染，兼具高比能量與高比功率等獨特的性能優(yōu)勢，被認為最具前景的電池體系，已在移動通信、電動汽車、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、工作機理，建立其準確的仿真模型，設(shè)計鋰電儲能并網(wǎng)系統(tǒng)，研究其對電網(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、工作特性和運行機理，在充分研究電池建模理論的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了電化學(xué)機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)適當假設(shè)、合理簡化，提出了平均濃度建模方法，建立了具有機理性、不失準確性、兼具簡易性和通用性的“鋰離子電池電化學(xué)平均模型”。等效電路建模方面，依托公認效果最好的混合電路

3、模型，進一步完善、創(chuàng)新，形成了由電壓響應(yīng)模型和容量預(yù)測模型聯(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，同時建立了鋰電池通用的熱力電路模型;容量預(yù)測模型充分結(jié)合電化學(xué)理論，實現(xiàn)了存儲容量衰減、循環(huán)容量衰減和電流動態(tài)效應(yīng)三方面聯(lián)合建模，給出了對應(yīng)的實驗方法和參數(shù)辨識步驟。通過仿真驗證，表明所建模型均實現(xiàn)了應(yīng)有功能、達到了預(yù)期效果。
　　在電池模型基礎(chǔ)上，繼而對鋰電儲能并網(wǎng)系統(tǒng)進行了詳細研究

4、，包括并網(wǎng)拓撲的分析與建模、新型LCL三階濾波器的設(shè)計與計算、控制策略的選擇與應(yīng)用等。實現(xiàn)了鋰電儲能用于平滑/平抑波動功率的PQ實時功率控制策略和維持穩(wěn)定的V/f下垂控制策略，同時提出了基于能量約束的鋰電儲能系統(tǒng)控制流程。通過在Matlab/simulink中建立微網(wǎng)儲能系統(tǒng)模型，仿真驗證了鋰電并網(wǎng)拓撲、濾波結(jié)構(gòu)及相關(guān)控制策略的有效性和實用性，奠定了鋰電儲能應(yīng)于電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
　　最后仿真研究了鋰電儲能對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。首先根