大容量全钒液流电池储能系统功率分配策略及应用

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全钒液流电池作为储能单元具有容量与功率大小自由配置、响应速度与充放电性能优良、循环周期长、环境友好和运行无爆炸危险等优势,在大容量大规模储能系统应用中具有重要战略地位。大容量储能系统的运行,其内部储能单元间的功率分配对储能系统的性能及寿命影响重大。本文针对大容量储能系统中储能单元间进行合理的分配功率进行了如下研究。首先,搭建大容量全钒液流电池储能系统架构,明确论文工作方向及内容。建立5kW/30kWh全钒液流电池等效损耗电路模型及数学模型,在此基础上建立了20kW/120kWh全钒液流电池串联电池组模型,分析电池组内电池的阻抗不一致性和SOC(State of Charge,电池剩余电量)不一致性对该模型的影响,并且对20kW/120kWh串联电池组的进行恒功率充放电控制。其次,研究储能系统内部功率分配策略并进行多目标功率分配建模研究,功率分配在满足储能系统需求功率及储能系统运行约束的前提下,提出将储能系统的运行损耗、储能单元的充放电容量折损和储能单元间的SOC均衡度作为功率分配评价指标。为消除各评价指标不同量纲影响,针对以上指标进行归一化处理,同时研究储能系统多种出力方案,对指标的权重系数进行分析计算。针对由4组20kW/120kWh全钒液流电池串联电池组组成的大容量全钒液流电池储能系统,采用模拟退火粒子群算法作为智能优化算法,进行多目标优化函数求解,并将该策略同其他功率分配策略进行比较,验证策略有效性和可行性。最后,搭建大容量全钒液流电池储能系统功率分配半实物仿真平台,WinCC OA作为能量管理系统开发环境下发给储能单元给定功率值,Simulink模块作为储能单元接受给定功率并将运行参数送至WinCC OA,该半实物仿真平台实现了能量管理系统对储能单元的控制与监测。
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