基于全钒液流电池的构网型储能建模与研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.11.004

电器与能效管理技术 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (11): 29-37.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.11.004

基于全钒液流电池的构网型储能建模与研究

窦艳¹, 王传艺¹, 陈子晖¹, 王辰¹, 李鑫²

1.安徽建筑大学电子与信息工程学院, 安徽合肥 230009
2.合肥工业大学电气与自动化工程学院, 安徽合肥 230009

收稿日期:2024-07-27 出版日期:2024-11-30 发布日期:2024-12-11
作者简介:窦艳(1988—),女,讲师,研究方向为储能系统仿真建模与控制技术。|王传艺(2001—),男,硕士研究生,研究方向为全钒液流电池建模及构网型储能技术。|陈子晖(2001—),男,硕士研究生,研究方向为新能源并网控制及系统建模。

Modeling and Research on Grid-Forming Energy Storage Based on Vanadium Redox Flow Battery

DOU Yan¹, WANG Chuanyi¹, CHEN Zihui¹, WANG Chen¹, LI Xin²

1. School of Electronic and Information Engineering,Anhui Jianzhu University, Hefei 230009, China
2. School of Electrical Engineering and Automation,Hefei University of Technology, Hefei 230009, China

Received:2024-07-27 Online:2024-11-30 Published:2024-12-11

摘要/Abstract

摘要：

为解决高比例新能源并网的间歇性与不稳定性问题,同时提高其利用效率,针对基于全钒液流电池(VRFB)的构网型储能系统展开研究。采用多物理场耦合的VRFB混合模型,全面模拟其动态运行特性;设计基于直流母线电压外环的柔性充放电控制策略,并集成虚拟同步发电机(VSG)控制技术,实现对VRFB充放电的精确控制;最后,通过MATLAB/Simulink建模仿真验证策略的有效性。结果表明,所提策略长时放电能稳定输出端电压,在光伏/VRFB并网运行、调频调压及维持直流母线电压稳定等方面性能优异,验证了VRFB在构网型储能领域的应用潜力。

关键词: 全钒液流电池, 构网型储能, 混合模型, 柔性充放电, 虚拟同步发电机

Abstract:

To address the intermittent and unstable issues of high-proportion new energy grid connection and enhance its utilization efficiency,the grid-forming energy storage system based on vanadium redox flow batteries (VRFB) is focused on.The research employs a multi-physics field-coupled VRFB hybrid model to simulate its dynamic operation characteristics comprehensively.Based on this,a flexible charge and discharge control strategy based on the outer loop of the DC bus voltage is designed,and the virtual synchronous generator (VSG) control technology is integrated to achieve precise control of VRFB’s charge and discharge.The effectiveness of the strategy is verified through modeling and simulation in MATLAB/Simulink.The results indicate that this strategy can stabilize the output terminal voltage during long-term discharge and performs outstandingly in photovoltaic/VRFB grid-connected operation,frequency and voltage regulation,and maintaining the stability of the DC bus voltage,which can validate the application potential of VRFB in the field of grid-forming energy storage.

Key words: vanadium redox flow battery (VRFB), grid-forming energy storage, hybrid modeling, lexible charging and discharging, virtual synchronous generator (VSG)

中图分类号:

TM73

窦艳, 王传艺, 陈子晖, 王辰, 李鑫. 基于全钒液流电池的构网型储能建模与研究[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(11): 29-37.

DOU Yan, WANG Chuanyi, CHEN Zihui, WANG Chen, LI Xin. Modeling and Research on Grid-Forming Energy Storage Based on Vanadium Redox Flow Battery[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2024, 0(11): 29-37.

图/表 12

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参考文献 19

[1]	李建林, 丁子洋, 游洪灏, 等. 构网型储能支撑新型电力系统稳定运行研究[J]. 高压电器, 2023, 59(7):1-11.
[2]	汪梦军, 郭剑波, 马士聪, 等. 新能源电力系统暂态频率稳定分析与调频控制方法综述[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43(5):1672-1694.
[3]	倪宇凡, 郑漳华, 冯利民, 等. 近年来国外严重停电事故对我国构建新型电力系统的启示[J]. 电器与能效管理技术, 2023(5):1-8.
[4]	谢小荣, 贺静波, 毛航银, 等. “双高”电力系统稳定性的新问题及分类探讨[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(2):461-475.
[5]	张华民. 全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(9):2772-2780. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0246
[6]	严川伟. 大规模长时储能与全钒液流电池产业发展[J]. 太阳能, 2022(5):14-22.
[7]	朱立位, 伏祥运, 牛萌, 等. 储能接入配电网影响评估及自适应保护策略[J]. 电器与能效管理技术, 2023(9):1-10,23.
[8]	ALUKO A, KNIGHT A. A review on vanadium redox flow battery storage systems for large-scale power systems application[J]. IEEE Access, 2023,11:13773-13793.
[9]	WEBER S, PETERS J F, BAUMANN M, et al. Life cycle assessment of a vanadium redox flow battery[J]. Environmental Science & Technology, 2018, 52(18):10864-10873.
[10]	CHAHWAN J A. Vanadium-redox flow and lithium-ion battery mod elling and performance in wind energy applications[D]. Canada: McGill University, 2007.
[11]	邵军康. 全钒液流电池建模与效率优化控制[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2021.
[12]	张宇涵, 杜贵平, 雷雁雄, 等. 直流微网混合储能系统控制策略现状及展望[J]. 电力系统保护与控制, 2021, 49(3):177-187.
[13]	GABER M, ABUALKASIM B, MOHAMMED A. Superconducting energy storage technology-based synthetic inertia system control to enhance frequency dynamic performance in microgrids with high renewable penetration[J]. Protection and Control of Modern Power Systems, 2021, 6(4):460-472.
[14]	高翔, 陈薇, 李鑫. 双向DC/DC变换器并联控制策略[J]. 电气应用, 2019, 38(S1):165-170.
[15]	邱亚, 李鑫, 魏达, 等. 全钒液流电池的柔性充放电控制[J]. 储能科学与技术, 2017, 6(1):78-84. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0006
[16]	谢卫才, 李晓凤, 王世豪, 等. 交直流混合微电网频率和电压的无差控制[J]. 电力系统及其自动化学报, 2019, 31(7):110-116.
[17]	王宁. 基于VSG的大容量储能系统逆变控制研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2017.
[18]	闫昊. 构网型储能变流器控制策略研究[D]. 北京: 北方工业大学, 2023.
[19]	李建林, 丁子洋, 刘海涛, 等. 构网型储能变流器及控制策略研究[J]. 发电技术, 2022, 43(5):679-686. doi: 10.12096/j.2096-4528.pgt.22132

参数名称	取值
直流母线电压U_dc/V	700
电网电压额定幅值U_g/V	380
全钒储能配置	40 kW/160 kWh
滤波电感L/mH	3.2
滤波电容C/μF	20
滤波电感寄生电阻R_l/Ω	0.1
滤波电容寄生电阻R₂/Ω	1
额定频率f/Hz	50
阻尼系数D/(kg·m²)	1
惯量J/(N·m·s·rad^-1)	10

基于全钒液流电池的构网型储能建模与研究

Modeling and Research on Grid-Forming Energy Storage Based on Vanadium Redox Flow Battery

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[1]	李艳梅, 鲁庆华, 李泰, 胡永昌, 苏进国, 张艳浩. 基于虚拟同步发电机控制的故障穿越策略[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(9): 8-14.
[2]	渠展展, 杨若奂, 牛萌, 杜杲娴, 汪奂伶, 刘雅婷. 基于积分反馈频率无差控制的构网型储能黑启动频率稳定提升研究[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(11): 20-28.