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、電氣工程等領域廣泛應用，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用發(fā)展到大規(guī)模的系統(tǒng)建設應用，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上實現(xiàn)了電化學機理和外特性等效電路兩方面的建模工作。其中電化學建模方面，經(jīng)適當假設、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，形成了由電壓響應模型和容量預測模型聯(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;容量預測模型充分結(jié)合電化學理論，實現(xiàn)了存儲容量衰減、循環(huán)容量衰減和電流動態(tài)效應三方面聯(lián)合建模，給出了對應的實驗方法和參數(shù)辨識步驟。通過仿真驗證，表明所建模型均實現(xiàn)了應有功能、達到了預期效果。
　　在電池模型基礎上，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三階濾波器的設計與計算、控制策略的選擇與應用等。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，奠定了鋰電儲能應于電力系統(tǒng)的基礎。
　　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