含镍氢电池的储能系统仿真建模及其应用研究

近年来，随着对可再生能源的利用开发，越来越多的可再生能源分布式发电接入电网。然而，以风能、太阳能为代表的可再生能源，具有不稳定，不连续，随着时间、季节、气候而显著变化的特点，其发电出力有很强的随机性和间歇性。当这些能源发电设备在电网中所占比例变大时，将对同步系统产生一定的冲击。若是在风能和太阳能等可再生能源发电设备中配置一定容量的储能装置，将极大的解决其出力随机性和间歇性带来的负面影响。所以本文以镍氢电池储能系统的建模与控制策略作为研究对象。 本文首先对镍氢电池的工作原理和充放电特性进行了详细的介绍，针对传统的阻容等效电路模型不能直观反映电池内部的极化现象，提出了一个带衰减因子的分段数学模型。考虑到很多电池模型没有考虑到影响电池性能的因素，在这基础上，进一步对温度、充放电速率、自放电、循环使用次数等影响因素进行研究，得到温度和充放电速率是影响镍氢电池性能的主要因素等一系列结论。通过对模型参数的修正，建立了一个考虑综合影响因素的镍氢电池等效电路模，文中给出了电池参数的辨识方法。针对镍氢电池的阻容模型，对模型参数进行灵敏度分析，提取影响模型性能的主要参数，为模型的优化提供依据。 针对镍氢电池成组不一致性的问题，分析了电池组不一致性的具体表现形式及形成原因，并考虑了影响电池组不一致性的可能因素。在理论分析的基础上，建立了使用寿命与不一致性的数学模型，引入数理统计的相关知识，描述电池组电压与SOC之间的关系。这为镍氢电池组模型建立提供依据，也为电池组均压技术提供理论参考。 介绍了储能系统的整个结构框架，在这个基础上对双向DC/DC变换器和双向DC/AC变流器的拓扑结构和工作原理分别进行了详细介绍。根据镍氢电池储能系统的实际应用场合，设计了双向DC/DC变换器的电流内环电压外环的控制方式；双向DC/AC变流器采用PQ控制方式。在Matlab/Simulink平台上建立了镍氢电池储能系统模型。采用一阶RC低通滤波器的控制原理，将模型应用于平抑风电输出功率波动上，基于张北风光储基地风机数据，分别从平抑效果和经济性的角度考虑，给储能系统配置一定的功率及容量，最后在Matlab/Simulink仿真平台上进行验证，并取得了良好的效果。