铅酸电池储能系统建模与应用研究

近年来，随着我国风电装机容量的迅猛增长，风电并网问题日益突出：风速的波动性和不确定性决定了风电功率随时间不确定地波动，若不采取适当控制措施，当风电机组大规模并网时，将严重影响电力系统运行状态。通过在风电场接入一定容量的储能装置可用于平抑风电功率波动，提高风能利用效率。铅酸电池以其价格低廉，技术成熟等优点广泛应用于电力储能领域。为了更好地研究铅酸电池储能系统的运行特性，基于电池充放电特性建立其准确的仿真模型具有重要意义。本文针对铅酸电池在平抑风电功率波动方面的应用，从以下三个方面进行研究： 首先从电池等效模型上分析新一代电动汽车电池模型(Partnership for a NewGeneration of Vehicles，PNGV)和三阶模型的各自优缺点。综合两种模型的优点，提出了一种改进PNGV模型，并利用Matlab/Simulink构建改进PNGV模型的数字仿真模型。通过仿真验证改进PNGV模型在考虑更多外界因素对电池的影响下能更好地反映铅酸电池的动态充放电特性。并通过灵敏度分析提取影响单体运行特性的主导因素，为模型的参数调整及结构优化提供理论指导。 然后，对铅酸电池与交流电网的连接部分—能量转换系统(Power ConvertionSystem, PCS)进行建模。本文采用经DC/DC和DC/AC两级并网的PCS结构，对DC/DC采用电压外环、电流内环的控制策略，对DC/AC采用功率外环，电流内环的控制策略，利用Matlab/Simulink分别建立双向DC/DC和DC/AC数字仿真模型。通过仿真验证了基于DC/DC和DC/AC两级结构的PCS能实现有功和无功功率的实时跟踪。 最后结合国家电网示范工程—张家口风电场实际有功数据，基于低通滤波原理，分析低通滤波器时间常数和所需储能容量之间的关系。从平抑目标和经济性两方面考虑，确定铅酸电池储能系统容量。利用铅酸电池储能系统等效模型对风电功率实际数据进行仿真分析，仿真结果表明建立的铅酸电池储能系统模型对风电波动功率能起到较好的平抑效果。