一種多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)t吳型的構(gòu)建方法，包括以下步驟：構(gòu)建儲能電池模型，并確定儲能電池的輸出電壓Vdc(t)和電流Id<:(t);將電網(wǎng)頻率f及風電與光伏的有功功率之和PPV+wind輸入到并網(wǎng)控制系統(tǒng)模型，得到其輸出功率目標值Pref;將Vdc(t)、Idc(t)和pMf輸入到換流器及其控制系統(tǒng)，得到交流側(cè)電流d軸分量^和q軸分量Iq。本發(fā)明提供的方法使得從機電暫態(tài)過程到中長期的動態(tài)過程具有連續(xù)性，滿足了電力系統(tǒng)機電暫態(tài)及中長期動態(tài)的多時間尺度仿真要求。
【專利說明】一種多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種構(gòu)建方法，具體涉及一種多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)模 型的構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全過程動態(tài)仿真程序可以對儲能系統(tǒng)的機電暫態(tài)和中長期動態(tài)具有很好的仿真 效果，在全過程動態(tài)仿真程序中對電池儲能系統(tǒng)進行詳細建模，既可以反映其對機電暫態(tài) 過程的影響，又能反映其對中長期過程的影響，建模工作具有十分重要的意義。
[0003] 近年我國電力系統(tǒng)建設(shè)正處于快速發(fā)展階段，由于能源緊缺新型能源如光伏、風 電也得到了迅猛發(fā)展，由于新能源發(fā)電具有波動特性，所以光伏、風力發(fā)電等間歇式電源并 網(wǎng)容量不斷增加，對電力系統(tǒng)運行的影響逐日增大，新能源大規(guī)模集中并網(wǎng)對電網(wǎng)的規(guī)劃、 運行都將提出新的挑戰(zhàn)。為平抑新能源的功率波動，儲能技術(shù)受到了越來越多的重視。
[0004] 與光伏、風電等新能源相關(guān)的儲能技術(shù)的研究發(fā)展和應用，對電力系統(tǒng)仿真提出 了更高的要求。與儲能密切相關(guān)的源網(wǎng)協(xié)調(diào)技術(shù)研究和分析需要使用中長期動態(tài)仿真工 具。例如：系統(tǒng)調(diào)頻/調(diào)峰策略和提高系統(tǒng)動態(tài)電壓穩(wěn)定性等問題的研究。電池儲能系統(tǒng) 具有多時間尺度特性。然而現(xiàn)有的儲能系統(tǒng)建模方法中，都是對電池儲能系統(tǒng)的機電暫態(tài) 和中長期動態(tài)分別建模分析，無法全面考慮并網(wǎng)后的特性，因此需要建立能夠精確反映電 池儲能系統(tǒng)多時間尺度運行特性的模型。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能 系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法，使得從機電暫態(tài)過程到中長期的動態(tài)過程具有連續(xù)性，滿足了電力 系統(tǒng)機電暫態(tài)及中長期動態(tài)的多時間尺度仿真要求。
[0006] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明提供一種多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法，所述方法 包括以下步驟：
[0008] 步驟1 :構(gòu)建儲能電池模型，并確定儲能電池的輸出電壓Vde(t)和電流Ide(t);
[0009] 步驟2 :將電網(wǎng)頻率f及風電與光伏的有功功率之和Ppv+Wind輸入到并網(wǎng)控制系統(tǒng) 模型，得到其輸出功率目標值P Mf;
[0010] 步驟3 :將Vdc;(t)、Id。⑴和PMf輸入到換流器及其控制系統(tǒng)，得到交流側(cè)電流d軸 分量I d和q軸分量I<J。
[0011] 所述步驟1的儲能電池模型中，單體儲能電池在t時刻的輸出電壓Vdc/ (t)表示 為：
[0012] Nic' (t) = V〇-KET(l-SOC(t))
[0013] 其中，V。為電池荷電狀態(tài)為1時的開路電壓；KE為經(jīng)驗系數(shù)，隨單體儲能電池規(guī) 格不同而不同；T為單體儲能電池的絕對溫度，且τ = 273+θ，Θ是單體儲能電池的溫度； soc(t)為t時刻單體儲能電池的荷電狀態(tài)，其表示為：
[0014]
【權(quán)利要求】
1. 一種多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法，其特征在于：所述方法 包括以下步驟： 步驟1 :構(gòu)建儲能電池模型，并確定儲能電池的輸出電壓vdc;(t)和電流Idc;(t); 步驟2 :將電網(wǎng)頻率f及風電與光伏的有功功率之和Ppv+Wind輸入到并網(wǎng)控制系統(tǒng)模型， 得到其輸出功率目標值PMf; 步驟3 :將Vd。(t)、Id。⑴和PMf輸入到換流器及其控制系統(tǒng)，得到交流側(cè)電流d軸分量 1(1和9軸分量1(1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法，其特 征在于：所述步驟1的儲能電池模型中，單體儲能電池在t時刻的輸出電壓V d。' （t)表示 為：
其中，％為電池荷電狀態(tài)為1時的開路電壓；KE為經(jīng)驗系數(shù)，隨單體儲能電池規(guī)格不同 而不同；T為單體儲能電池的絕對溫度，且T = 273+ θ，Θ是單體儲能電池的溫度；soc(t) 為t時刻單體儲能電池的荷電狀態(tài)，其表示為：
其中，S0C(t-At)為t-At時刻單體儲能電池的荷電狀態(tài)；P(t)為t時刻單體儲能電 池輸出功率；為電池的安培容量，單位為MWh ; η為增益系數(shù)，其表示為：
其中，kT為溫度修正系數(shù)，為單體儲能電池的充放電效率，為容量修正系數(shù)； 于是，儲能電池在t時刻的輸出電壓Vdc;(t)和電流Idc;(t)分別表示為：
其中，Nse為單體儲能電池的串聯(lián)個數(shù)；R為儲能電池組的電阻，其表示為：
其中，Nsh為單體儲能電池的并聯(lián)個數(shù)；R'為單體儲能電池的電阻，其表示為：
其中，R〇為單體儲能電池的等值歐姆電阻，&為單體儲能電池在荷電狀態(tài)為1下的等 值極化電阻，k為荷電狀態(tài)的次方系數(shù)，通過電池制造廠家提供的圖表確定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法，其特 征在于：所述步驟2包括以下步驟： 步驟2-1 :確定功率平滑控制信號； 步驟2-2 :確定附加頻率控制信號； 步驟2-3 :確定并網(wǎng)控制系統(tǒng)模型的輸出功率目標值PMf。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法，其特 征在于：所述步驟2-1中，功率平滑控制信號用P。表示，有：
其中，Τκ為濾波時間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法，其特 征在于：所述步驟2-2中，附加頻率控制信號用f。表示，有： f〇 = Kf! fl = fref-f 其中，K為功率/頻率響應因子，一般取K = Pmax*0. 2/Hz，Pmax為電池儲能系統(tǒng)的最大有 功出力附加頻率控制中的中間變量，其動作特性由死區(qū)決定，f為電力系統(tǒng)的頻率，fMf 為頻率參考值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法，其特 征在于：所述步驟2-3中，并網(wǎng)控制系統(tǒng)模型的輸出功率目標值P Mf表示為：
其中，Pi為受死區(qū)制約中間變量，死區(qū)范圍外其取值為〇 ;TS、?\、T2均為時間慣性常數(shù)， Ρρ。為功率計劃曲線，ΚΡ為比例環(huán)節(jié)常數(shù)；&為積分環(huán)節(jié)常數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法，其特 征在于：所述步驟3包括以下步驟： 步驟3-1 :確定交流側(cè)電流參考值d軸分量IdMf和q軸分量I_f ; 步驟3-2 :通過IdMf和I_f確定交流側(cè)電流d軸分量Id和q軸分量I,。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法，其特 征在于：所述步驟3-1中，交流側(cè)電流參考值d軸分量I dMf和q軸分量分別表示為：
其中，Vd。為儲能電池的輸出電壓，Tg、TmB、TB1、TB、T SB均為時間慣性常數(shù)，VMf為交流側(cè) 電壓參考值，Vt為電網(wǎng)側(cè)交流電壓，Kd和KPB為比例環(huán)節(jié)放大倍數(shù)，K IB為積分環(huán)節(jié)常數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多時間尺度動態(tài)仿真中電池儲能系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法，其特 征在于：所述步驟3-2中，交流側(cè)電流d軸分量I d和q軸分量I,分別表示為：
其中，Kip比例環(huán)節(jié)放大倍數(shù)，Κη為積分環(huán)節(jié)常數(shù)，R連接電阻，L為連接電抗。
【文檔編號】H02J3/28GK104218600SQ201410485840
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】葉小暉, 秦召磊, 宋新立, 吳麗娜, 仲悟之, 劉濤, 蘇志達, 吳國旸, 劉金龍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院