HAWKER蓄电池储能论文
蓄电池储能论文 第1篇 要实现蓄电池的削峰填谷, 首先应对已经预测的日负荷曲线进行优化[7], 以便得出24 h的蓄电池储能装置的最优充放电方法, 也就是电池在每个时刻是否应该充放电以及充放电的功率是多少;其次就是实时地进行控制, 通过对最优方法的分析计算, 得出变流器中可控开关器件的工作状态并发给变流器[6,8]。本文提出了蓄电池储能削峰填谷的简便算法。 1 蓄电池储能装置充放电优化模型 本模型不计电池自身能量的耗损以及电池爬坡约束的影响。 1.1 优化对象 在使用这种方法时, 需要优化的对象是每次电池充放电功率p (i) 和充放电的开始时间Tstart (i) 及结束时间Tstop (i) , i=1, 2, …, n, n是一天当中蓄电池的充放电次数。这里规定, 电池充电时功率是正值, 放电时功率是负值。 1.2 目标函数 目标函数是使负荷的方差最小化。方差越大, 负荷曲线峰谷差越大, 曲线就越不平坦;方差越小, 负荷曲线峰谷差越小, 曲线也就越平坦[9]。这里将一天平均分成a个时间段, 目标函数如下: 式中, D1 (j) 是通过削峰填谷后第i个时间段上负荷的大小, j=1, 2, …, a。 1.3 约束条件 1) 负荷大小的约束为 式中:D0 (j) (j=1, 2, …, a) 是第j个时间段中负荷的预测值;sign (x) 是符号函数。 当j在Tstart (i) 与Tstop (i) (i=1, 2, …, a) 之间时, D1=D0+p (i) , 当j为其它值时, D1=D0。 2) 时序约束为 3) 功率约束为 式中, Pmax为允许的电池最大充放电功率。 4) 蓄电池容量约束为 式中:Vlow和Vhigh分别表示蓄电池电量的最低值与最高值, Vinitial和Vfinal分别表示蓄电池电量的初始值与终值。 从上面所列出的模型可以看出, 约束中有很多表达式都是非线性的, 再加上sign (x) 的不连续性, 给求解带来了很大的难度。 2 蓄电池储能削峰填谷的简便算法 典型日负荷曲线如图1所示。 从图1可以看出, 大约在09:00-11:00、14:00-17:00和18:00-22:00这三个时间段中各有一个负荷高峰, 在02:00-08:30、11:30-13:00和22:00-00:00这三个时间段中各有一个负荷低谷。根据每个负荷高峰与负荷低谷的持续时间, 可以在02:00-08:30期间给电池充电一次, 在09:00-11:00和14:00-17:00这两个负荷高峰时间段让电池放电。因为负荷的功率要比蓄电池功率大很多, 所以用最大功率使电池进行充放电。放电时间和充电时间是相等的, 即 确定充放电的起止时刻的原理如下: 将一条平行于时间轴的水平线从下到上以很慢的速度平移, 这时水平线将与负荷曲线的02:0008:00区间的低谷相交, 直到相交区间的时间为T, 这样就找到了充电时段。这个时段的起始时刻就是电池开始充电的时刻, 时段的结束时刻就是电池充电的结束时刻。以同样的方法, 当水平线从上到下平移时, 就会找到电池的放电时段。 3 蓄电池储能装置的实时控制 为了能更好地对蓄电池储能削峰填谷实现控制, 需要将事先已经优化出的最优充放电方法、实际的负荷曲线以及电池的荷电状态加以综合考虑, 最终确定充放电起止时刻和充放电功率的大小, 从而实现控制。 3.1 电池充放电起止时刻 1) 如果预测的负荷曲线和实际负荷曲线二者的负荷高峰时段与低谷时段完全相同, 只是高峰与低谷的高低有些不同, 那么当负荷功率远大于蓄电池储能装置的功率时, 最优充放电方法与之前预测得出的最优充放电方法相同。 2) 如果预测的负荷曲线和实际负荷曲线在形状上相同, 而在垂直方向不同, 则此时的最优充放电方法与之前预测得出的相同。 3) 如果实际负荷曲线的负荷高峰和负荷低谷延迟到达或提前到达, 则应用负荷阈值来决定电池的充电和放电的起始时间, 当实际负荷达到阈值时, 开始充电和放电。充放电的终止时刻则与之前优化的相同。 3.2 电池充放电的功率 如果充放电的开始时间由负荷阈值来确定, 那么这时需重新计算充放电的功率, 此时的充放电功率是之前预测得出的充放电总能量与充放电时间之比, 而且充放电功率应该满足-Pmax≤p (j) ≤Pmax;j=1, 2, …, n。 4 实际应用案例 深圳宝清储能站监控页面如图2所示。图2中上部的实线是储能站的预测负荷曲线, 虚线是储能装置削峰填谷后的结果;下部是蓄电池的出力曲线。其中横坐标代表时间, 纵坐标的单位是功率。 由深圳宝清储能站的削峰填谷案例可以看出, 运用此简便算法削峰填谷, 有效地减小了负荷的峰谷差, 有利于电网的经济运行。 5 结语 提出的应用于蓄电池储能削峰填谷的简便算法, 可根据预测出的日负荷曲线进行优化并快速地求解出蓄电池装置在一天中的充放电情况。实际应案例表明, 该算法用起来方便快捷, 能够适用于蓄电池储能装置一天充电一次、多次放电的情形, 但对一天中充电与放电混合交叉的情形不适用。 摘要：为使电池储能应用于电网削峰填谷, 提出了蓄电池储能削峰填谷时的优化模型以及求解这种模型的简便算法。该算法中蓄电池充放电时可以用最大功率进行, 并能方便地求解蓄电池一天充电一次、多次放电的情况。实际例子表明, 该算法有效、可行。 关键词：蓄电池储能,削峰填谷,简便算法,仿真结果 参考文献 [1]丁明, 张颖媛, 茆美琴, 等.包含钠硫电池储能的微网系统经济运行优化[J].中国电机工程学报, 2011, 31 (4) :7-14.DING Ming, ZHANG Yingyuan, MAO Meiqin, et al.Economic operation optimization for microgrids including Na/S battery storage[J].Proceedings of the CSEE, 2011, 31 (4) :7-14. 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第3篇 [关键词]储能电池；削峰填谷；经济效益 大容量电池储能系统在电力系统中的应用已有20多年的历史，早期主要用于孤立电网的调频、热备用、调压和备份等。电池储能系统在新能源并网中的应用，国外也已开展了一定的研究。上世纪90年代末德国在Herne1MW的光伏电站和Bocholt2MW的风电场分别配置了容量为1.2MWh的电池储能系统，提供削峰、不中断供电和改善电能质量功能。从2003年开始，日本在Hokkaido30.6MW风电场安装了6MW/6MWh的全钒液流电池（VRB）储能系统，用于平抑输出功率波动。2009年英国EDF电网将600kW/200kWh锂离子电池储能系统配置在东部一个11KV配电网STATCOM中，用于潮流和电压控制，有功和无功控制。 总体来说，储能电池的应用目的主要考虑“负荷调节、配合新能源接入、弥补线损、功率补偿、削峰填谷”等几大功能应用。比如：削峰填谷，通俗一点解释，可以把用电低谷期富余的电储存起来，在用电高峰的时候再拿出来用，这样就减少了电能的浪费。而储能电池的绿色优势则主要体现在：绿色环保，促进环境友好；集约用电，为家庭减少资源消耗等方面。 储能电池选型原则：为了实现削峰填谷、负荷补偿，提高电能质量应用的储能电站，储能电池是非常重要的一个部件，必须满足以下要求：容易实现多方式组合，满足较高的工作电压和较大工作电流；电池容量和性能的可检测和可诊断，使控制系统可在预知电池容量和性能的情况下实现对电站负荷的调度控制；高安全性、可靠性：在正常使用情况下，电池正常使用寿命不低于15年；在极限情况下，即使发生故障也在受控范围，不应该发生爆炸、燃烧等危及电站安全运行的故障；具有良好的快速响应和大倍率充放电能力，一般要求5-10倍的充放电能力；较高的充放电转换效率；易于安装和维护；具有较好的环境适应性，较宽的工作温度范围；符合环境保护的要求，在电池生产、使用、回收过程中不产生对环境的破坏和污染。 如果在家庭内能够利用储能电池实现削峰填谷，不仅绿色环保，还能为家庭带来经济效益。储能电池能为家庭带来多少经济效益，我们首先要了解居民用电量，电费价格，储能电池存电量等数据。 上海实行的是谷峰分时阶梯电价。根据用电量将电价分成三档，其中第一档为0-3120KWh峰时段电价为0.617元/KWh，谷时段电价为0.307元/KWh。第二档为3120-4800KWh峰时段电价为0.677元/KWh，谷时段电价为0.337元/KW。第三档为4800KWh以上，峰时段电价为0.977元/KWh，谷时段电价为0.487元/KW。其中早上6点到晚上10点的电价为峰时电价，晚上10点到早上6点的电价为谷时电价，具体见表1。 不妨用CP表示峰时价格即早上6点到晚上10点的用电单价，Cq表示谷时价格即晚上10点到早上6点的用电单价。C表示家庭每年的成本费用，家庭每年的总成本费用为年用电费用，即C=Cp*a+Cq*b。 以下计算三名用户的年用电费用，其中用户1的年用电量2600kWh为第一档，用户2的年用电量3900KWh为第二档，用户3的年用电量6000KWh为第三档。不妨假设三名用户的峰时段用电量与谷时段用电量之比为4：1。 由年用电费公式计算得：用户1的年用电费用为C1=0.617*2080+0.307*520=1443元。用户2的年用电费用为C2=0.677*3120+0.337*780=2375.1元.用户3的年用电费用为C3=0.977*4800+0.487*1200=5274元。 假设家庭用户使用了储能设备，在谷时段充电，在峰时段放电，计算三名用户的年用电费用。年用电费=Cp*（峰时总用电量-365*储能设备容量）+Cq*（谷时总用电量+365*储能设备容量）。 三名用户的年用电费如表3。 由上表可知使用了储能设备的年用电费相较没有使用的经济效益更好，并且使用的储能设备容量越大，经济效益越高。但储能电池系统一次性投资较高，主要原因目前储能电池的造价较高。储能电池的市场价格如表4所示，储能电池价格昂贵，因此家庭用户购买储能设备的积极性较低。随着储能电池制造技术的发展和国家的扶持力度的加大，其成本必然会大幅降低，经济性得到更好的体现。 由于家庭用户所需要储能的容量较小，储能设备的二次利用具有一定的商业价值。2012年发布的《节能与新能源汽车产业发展规划》指出，预计2015年中国新能源汽车累计产销量将达50万辆。作為电动汽车用动力锂电池，容量衰减至额定容量的80%时，电动汽车的续航里程会明显减少，失去使用价值，但对于储能系统来说仍具有较大的使用价值。此外，因此，电动汽车电池的二次利用可以延长其使用寿命，进行其价值延伸，对于推动电动汽车行业的可持续发展具有重要意义。国内已有企业在这方面做出了积极尝试。山东威能环保电源有限公司日前新上的“废旧锂离子动力电池回收处理和综合利用”项目，总投资额17亿元，建设期限3年，实施后每年可回收动力电池30亿安时，回收金属25500吨以上，价值20400万元，循环利用旧电池容量约24亿Ah，可组建储能站实现能源充分利用7200兆瓦时。该项目作为国内数量不多的大规模专业锂离子电池回收处理和综合利用项目，对我国今后在该领域的发展具有示范性和带动性作用。 储能电池整体发展前景：全球能源紧缺，新兴能源产业的发展势在必行，但风能、太阳能等清洁能源受环境影响较大，功率不稳定，致使传统电网无法承载，大量能量被浪费。主要原因之一就是：储能技术落后，现有储能电站无法实现功率补偿，无法满足功率平滑的需求。可以说，储能电池的发展已成为新能源开发的核心之一。顺应当代社会能源的发展趋势，储能系统在电力系统运营中占据了越来越重要的位置， 可再生能源进一步的技术突破、发展和引领需要与储能技术创新相结合，储能技术的未来市场潜力不可限量。循环利用旧电池，不仅能为居民带来经济效益，从环保方面考虑，虽然锂电池环境污染性相对较小，但是其中的镍、钴、锰等金属元素以及各类锂盐、有机溶剂等物质仍然具有一定的易燃性、浸出毒性和腐蚀性，直接丢弃造成的后果不容小觑。因此，电动汽车电池的梯级利用可以延长其使用寿命，进行其价值延伸，对于推动电动汽车行业的可持续发展具有重要意义。 参考文献 [1]苏虎，栗君，吴玉光，等.储能电池系统经济价值的评估[J].上海电力学院学报，2013，29（4）：315-320. 蓄电池储能论文 第4篇 随着电力电子技术、计算机技术及社会经济的发展,分布式风力发电作为解决传统发电系统所带来的经济及环境等问题的方法之一,越来越受到重视,其在电力能源中所占比例也越来越大[1,2]。同时,分布式发电系统中微电源的增加也带来一系列问题,如单机接入成本高、控制复杂等,由此,微电网的概念应运而生[3]。 风电、光伏发电等可再生微电源自身的不稳定性、波动性以及负载的扰动,会严重影响微电网接入电网处的公共供电点(PCC)电压和频率的稳定,而对风电穿透比高且孤网运行的微电网影响更甚。然而,对微电网中的任一敏感负载而言,PCC电压和频率的恒定十分重要。针对这些问题,国内外不同学者提出了一些解决方法[4,5,6,7]。文献[4,5]从理论上分析了通过DC-DC变换器将直流储能模块与各个微电源并接在电力电子接口设备的直流母线侧,并通过此接口设备实现微电源及储能模块与电网的能量变换和控制,但因每个微电源都需一个储能单元及DC-DC变换器,从而增加了系统结构复杂性,不易控制且维护成本高。文献[6]针对自励磁感应电机风力发电系统,将储能单元经变换器直接与PCC相连,通过电压单闭环控制来实现PCC电压和频率的稳定,进而实现系统电压及频率的稳定,但因其针对感应发电机系统且只有电压闭环控制,系统控制精度不高,系统电压及频率偏差较大,不宜用于为诸如计算机、高精度机床等敏感负载供电。 同时,为满足大容量负荷要求,特别是微电网孤网运行时,针对大容量储能系统如何接入微电网、多个微电源之间如何协调控制、微电源与储能系统如何协调控制及分配负荷以维持系统稳定等问题,不少学者进行了一些研究[5,8,9,10,11]。文献[8]从系统的角度分析了大容量储能系统与含输配电网、微电网间的智能电网兼容性方案,提出了大容量储能系统接入智能电网的容量配置原则及调度策略,但未能具体分析储能系统的工作原理及控制策略。文献[5]设计了包括DC/DC斩波电路和DC/AC逆变器在内的大容量储能接入方式,但其系统结构、控制算法均较复杂。针对储能系统接入电网的协调控制及负荷分配,文献[9]提出了一种根据谐波电流的大小来控制输出电压脉宽,从而控制并联微电源间分配非线性负荷的控制策略;文献[11]考虑到低频时微电网的阻抗主要表现为阻性,提出了一种适宜于交流分布式系统孤网运行的负荷分配控制策略。上述研究主要是针对诸如风电、光伏发电等可再生微电源,关于多个并联蓄电池储能系统(BESS)如何进行有功/无功功率协调控制来平滑系统功率,进而稳定PCC电压和频率的研究并不多。 基于上述情况,有必要研究如何构建大型储能系统接入微电网以满足其对储能系统的容量要求,如何对每个BESS进行有功和无功功率控制及合理分配负荷,保证PCC电压和频率的稳定,以达到微电网对储能系统的供电要求。本文提出了一种适用于大型储能系统接入微电网的实现方式,采用基于有功和无功功率双闭环控制策略的BESS来实现PCC电压及频率的稳定,建立了系统仿真模型,并设计了实验样机。 1 大型BESS的构成及工作原理 1.1 大型BESS的构成 本文基于大型BESS的微电网结构见图1。系统主要由BESS、负载、静态开关(SB)及其他电源(如风电)组成。BESS由多个BESS子系统并联构成,每个BESS子系统又由一个电池模块(BM)与一个功率调节器(PCS)组成,每个PCS主要由三相桥式电压源变换器(VSC)及滤波器构成,每个电池模块是由一定数目电池单体经串并联直接构成(具体个数因电池类型而定)。可见,本文提出的大型BESS实现方式为:对于单个BESS子系统,将一定容量电池模块(本文为50 kW/144 V)直接连接在PCS直流母线侧,经PCS实现DC/AC变换,得到电网/负载所需的交流电再经调压器并接在PCC上,从而多个BESS子系统在PCC处的并联提升了整个BESS容量。 1.2 系统工作原理 如图1所示,当SB断开的瞬间,微电网脱离电网进入孤网运行状态,BESS将迅速承担负载与其他微电源(如风电)之间的瞬时功率差,当微电源发出的电能多于负载所需能量时,多余的电能经PCS向储能系统充电,反之,储能系统将向负载供电。对于每个BESS子系统而言,仅利用本地信息通过控制PCS来保证PCC处电压及频率的稳定。PCS不仅能将输入的直流电压转换为幅值、频率及相位均为所需的三相电压,且能为系统提供双向可控的有功和无功功率使PCC处电压和频率稳定在允许的范围之内。特别是当微电网处于孤网运行状态且其他微电源不能向微电网供电(如几小时内无风或风能不可利用)时,储能系统将单独为负载供电,并维持系统的稳定。 2 储能系统数学模型及控制策略 2.1 蓄电池及其模型 蓄电池分为很多种,在大规模储能系统方面,目前国内外应用较广、技术相对成熟的蓄电池以铅酸蓄电池为主,也有钠硫电池[12]、液钒电池[13]。相对于钠硫电池及液钒电池,铅酸电池具有技术成熟、成本低等优点。本文采用铅酸电池作为研究对象,其等效模型如图2所示[14,15]。图中,
