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电池储能系统机电暂态仿真模型

淘储能网讯:新能源与储能运行控制国家重点实验室(中国电力科学研究院)的研究人员李建林、牛萌等,在2018年第8期《电工技术学报》上撰文指出,电池储能技术可用于改善电网暂态响应,提高电网抗扰动能力,受到广泛关注。但传统仿真软件缺少准确的电池储能系统组件模型,一定程度上影响了分析储能系统响应特性的准确度。提出一种计及电池充放电功率及充放电次数限制的无时延电池储能系统机电暂态模型。

该模型由有功/无功解耦控制部分、模型接口部分以及储能系统限制环节三部分组成。利用电力系统分析综合程序,基于节点电流注入法对控制模型进行搭建,并选取EPRI-7标准系统进行仿真分析,仿真结果表明该模型具有良好的植入性,并且在给定工况下具有与理论分析一致的出力特性。

电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS)因其响应速度快、功率和容量配置灵活以及适用范围广等优点被广泛应用于改善电网暂态响应过程[1-3]。要研究BESS并网对系统的影响,BESS的动态模型成为研究的基础和关键[4]。若在系统暂态过程仿真中采用考虑电力电子装置建模的详细电磁暂态模型,不仅模型复杂,而且计算时间长,不适合实际工程应用场合。因此建立简化的等值机电暂态模型是当前亟待解决的问题。

目前,针对BESS机电暂态仿真模型的相关研究较少。文献[5,6]中提出了储能系统潮流模型以及机电暂态模型,通过仿真分析证明了模型的正确性,但是模型中未设置死区,会导致储能系统频繁充放电,影响电池寿命。

文献[7,8]中建立了电池储能系统多尺度仿真模型,并对每个组成部分进行了详细建模,但忽略了充放电功率限制环节,使得仿真结果存在偏差。文献[9]提出了一种储能系统通用暂态模型,并仿真分析了其适用性,但该模型在控制约束上未考虑死区环节,并且仿真分析中只验证了光伏组件在过云情况下系统的暂态响应,而对系统发生故障情况没有作出分析。

文献[10]中建立了电池储能系统全时段多尺度仿真模型,但在模型建立中未考虑BESS的初始容量,与实际工程应用存在差距。文献[11]中建立了BESS机电暂态模型,并与风机进行了联合仿真,但在机电暂态模型中考虑了SOC变化及电量计算环节,忽略了机电暂态过程的时间尺度。

已有研究多针对DIgSILENT等成熟仿真软件,而对传统电力系统分析综合程序(Power System Analysis Software Package, PSASP)的研究较少。PSASP7.0是我国自主研发、功能强大的电力系统仿真软件,可以方便快速地完成潮流计算、暂稳计算及短路计算等多种传统运算,但随着新型元件的不断出现,PSASP7.0模型库无法实时更新,尤其是储能元件的缺失,阻碍了PSASP7.0在电力系统仿真分析中的应用。

本文在对BESS结构及换流器控制系统深入分析的基础上,提出一种计及电池充放电功率限制及充放电次数限制的无时延BESS机电暂态模型,利用节点电流注入法对模型接口进行开发,结合理论分析,通过PSASP仿真平台对模型进行仿真分析。

图1 BESS结构

电池储能系统机电暂态仿真模型
图2 电池储能系统机电暂态模型结构

电池储能系统机电暂态仿真模型
图 EPRI-7算例潮流计算结果

电池储能系统机电暂态仿真模型
结论

本文在对BESS各部分工作原理分析的基础上,在PSASP7.0 UD中建立了BESS机电暂态模型,该模型能够体现BESS充放电功率限制以及电池充放电次数的限制,通过经典PI控制原理对电网相应参量进行调节,利用PSASP7.0用户一体化平台并结合理论分析结果,对所搭建模型进行仿真验证,研究结果表明:

1)该BESS机电暂态模型在响应系统扰动时的输出特性与理论分析结果一致,具有较为准确的外特性变化趋势,能够用于分析BESS在系统暂态稳定调节中的作用。

2)该仿真模型能够很好地植入PSASP7.0仿真平台,并可以无障碍调用。

本文所建模型为之后分析可再生能源及储能大规模接入对电网稳定性的影响提供了理论支撑。

原标题:电池储能系统机电暂态仿真模型

来源:电工技术学报

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