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2020年 第5期    刊出日期：2020-05-30

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综述

电网侧储能发展态势及技术走向^*

李建林, 谭宇良, 赵锦, 王楠

2020(5):  1-6.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.001

摘要 ( 210 )   HTML ( 13)   PDF (1166KB) ( 642 )  

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随着新能源高比例渗透和特高压电网的快速发展,带来的系统波动等电网安全问题日益严重,电网需要构建高比例、泛在化、可广域协同的储能形态。因此,针对储能在电网侧应用的技术研究意义重大,分析了电网侧储能的需求,以及国内外关于电网侧储能的政策、态度,对我国电网侧储能给出相应的建议和展望。

用户侧储能对电网的影响及经济性分析

黄博文, 潘轩, 彭雪莹, 任胜男, 周任军

2020(5):  7-13.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.002

摘要 ( 238 )   HTML ( 5)   PDF (1734KB) ( 312 )  

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用户侧储能技术能够有效解决可再生能源的大规模接入问题,是实现电力削峰填谷的重要途径。有必要深入研究用户侧储能对电网的影响和经济性,从而能够趋利避害地应对用户侧储能投资、发展和建设布局。从多方面对用户侧储能给电网和电力市场带来的影响进行了分析,并对其发展提出了建议。用户侧储能发展的动力在于其经济性,然而目前用户侧储能的经济性分析一般聚焦于其整体经济性,未针对不同的用户类型进行针对性分析。通过对不同类型典型用户的用电负荷进行分析,研究不同类型用户配置储能的经济性和潜力。

研究与分析

储能系统参与电力系统调频经济性评估研究^*

谢志佳, 王佳蕊, 李德鑫, 孟涛

2020(5):  14-20.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.003

摘要 ( 169 )   HTML ( 1)   PDF (1966KB) ( 301 )  

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针对储能系统参与电力系统调频的经济性开展评估,与常规机组对比分析储能系统高效性,提出了储能系统经济评估模型、经济最优的容量优化配置、储能系统参与电力调频的经济性评估方法、采用雨流计数法的储能系统等效寿命评估方法以及储能系统与常规调频电源的高效性对比方法,从多角度验证了储能系统与参与电力系统一次调频的高效性。

基于集合经验模态分解的混合储能系统功率分配

郑熙东, 江修波

2020(5):  21-27.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.004

摘要 ( 185 )   HTML ( 4)   PDF (1627KB) ( 268 )  

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基于集合经验模态分解(EEMD)对风电波动进行平抑,提出了采用EEMD方法求解出不同的固有模态函数分量和余量。首先,通过信息熵理论求解出固有模态函数能量熵差值最大的阶次作为一个分界点;接着,通过样本熵理论求解出自我相似度最低的阶次作为另一个分界点,通过两个分界点得到初始的功率分配信号;最后,通过模糊控制优化理论对混合储能系统功率分配进行修正。算例分析表明,所提策略能够自适应实现功率合理分配和并网功率平滑,混合储能系统均工作在荷电状态合理区间,能有效提高系统运行稳定性和使用寿命。

基于蒙特卡洛模拟的含风电-储能发电系统可靠性评估^*

袁明飞, 赵凤展, 王树田, 唐云峰, 苏娟, 郝帅

2020(5):  28-34.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.005

摘要 ( 105 )   HTML ( 4)   PDF (1576KB) ( 456 )  

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以含风电-储能系统的发电系统可靠性评估为研究内容,对风电场出力和储能系统出力的随机特性进行了研究,同时建立了风电机组功率时序模型和含风电场-储能发电系统可靠性评估模型。在此基础上,根据风速预测的自回归滑动平均模型,得到风电机组输出功率,随后结合常规机组的状态模型,建立基于序贯蒙特卡洛仿真的含风电-储能发电系统可靠性模型,提出了风电和储能对供电中断期望值贡献系数,量化储能系统接入含有风电场的发电系统的可靠性影响。采用所提出的模型和算法对IEEE-RBTS改进系统进行评估,同时讨论了风电场对发电系统供电可靠性评估的影响。算例结果表明,风电场和储能系统接入发电系统可以有效提高发电系统的供电可靠性。

储能系统接入对电力系统小干扰稳定影响研究^*

饶宇飞, 曹晓璐, 杨海晶, 和萍, 李钊, 马涛

2020(5):  35-43.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.006

摘要 ( 131 )   HTML ( 1)   PDF (2185KB) ( 277 )  

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针对储能电站接入互联电网的情况,从多角度研究其接入对电力系统小干扰稳定影响。构建了储能模块拓扑结构和数学模型,包括功率解耦控制、荷电状态计算、电流限制环节、电压穿越模型,搭建了含储能系统的互联系统模型,采用特征值分析和时域仿真方法,研究了储能系统输送距离、互联系统联络线功率、储能并网点、储能并网容量等对系统小干扰稳定和低频振荡特性影响,分析了电力系统稳定器的影响。最后通过河南电网浉河-春申线仿真分析,验证储能提高小干扰稳定性的效果。

基于LSTM-NPKDE的锂离子电池SOC预测与不确定分析^*

李文启, 高东学, 李朝晖, 饶宇飞, 顾波

2020(5):  44-50.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.007

摘要 ( 185 )   HTML ( 4)   PDF (1613KB) ( 417 )  

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提出一种基于长短期记忆(LSTM)网络的锂离子电池荷电状态(SOC)预测方法。以锂离子电池的充放电电流和电压作为模型输入,对锂离子电池SOC进行预测,结果表明LSTM网络的预测精度高于BP神经网络、BP-PSO混合模型和小波神经网络。利用非参数核密度估计方法来计算锂离子电池SOC预测的置信区间,结果表明能够准确计算不同置信水平下锂离子电池SOC预测的不确定性。

基于扩展卡尔曼滤波及容量校准的锂电池SOC估计方法研究^*

彭香园, 唐传雨, 孙金磊, 刘钊

2020(5):  51-56.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.008

摘要 ( 185 )   HTML ( 5)   PDF (2057KB) ( 635 )  

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为了精准估计锂电池荷电状态(SOC),选用戴维南等效电路模型,通过分段线性化拟合OCV-SOC曲线,采用基于扩展卡尔曼滤波(EKF)及容量校准的SOC估计方法。建立电池状态空间方程,考虑电池老化因素,采用SOC估计值与安时积分结合的方法对总容量进行校准,并在美国联邦城市运行工况下进行仿真与实验验证。结果显示,方案所得的SOC估计误差在2.1%以内。

磷酸铁锂电池大倍率充放电模型仿真研究

刘倩倩, 赵言本, 吕超

2020(5):  57-61.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.009

摘要 ( 184 )   HTML ( 1)   PDF (1290KB) ( 426 )  

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针对现有磷酸铁锂电池模型在模拟电池大倍率充放电特性时精度较低的问题,基于一种简化电化学模型,对其关键的电化学反应系数进行了关于电流倍率的修正。修正后的模型校正了由于内部反应加剧导致的端电压平台位置的偏移,实现了大倍率充放电时端电压的准确仿真,并在45 Ah圆柱型磷酸铁锂电池上进行了实验验证。

储能技术

光储直流微电网控制器硬件在环仿真平台开发^*

沈华, 陈葛亮, 林林, 张晓琳

2020(5):  62-66.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.010

摘要 ( 160 )   HTML ( 4)   PDF (1730KB) ( 285 )  

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基于RT-LAB控制器硬件在环仿真技术,提出了一种多控制器硬件在环的光伏直流微电网仿真平台开发方案。在半实物仿真平台基础上,基于电感线性离散化方案,将快速模型与慢速模型分别置于FPGA和CPU模型进行计算,建立了包含光伏阵列模型、储能电池模型、DC/DC变换器模型、电网接口装置模型的多时间尺度半实物仿真模型;构建3套真实控制器与RT-LAB仿真器的物理接口电路,实现物理I/O接口的信号对接。通过所建平台模型和物理接口电路对微电网系统进行相关试验,试验结果能充分反映被测系统真实运行特性,验证了所建平台的正确性。

用户侧电池储能配置优化方案研究^*

严鹏, 王坤, 何凯

2020(5):  67-71.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.011

摘要 ( 171 )   HTML ( 5)   PDF (1052KB) ( 327 )  

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给出储能优化需要遵循的原则,然后从储能配置模型优化和运行优化两方面对储能优化配置进行研究。针对储能项目经济性收益评估,分别建立了储能成本模型和收益模型,通过分析储能充放电次数和充放电深度对储能寿命的影响,给出削峰填谷收益及调频运行收益等模型。基于某工业园区储能项目开展3类电池储能系统经济性分析,结果表明在目前储能技术条件下,各类电池储能系统的造价相对偏高,短期内投资用户侧电池储能系统收益不明显,但储能系统经过全生命周期运行所带来的各项收益还是相当显著的。

考虑风电出力随机特性的氢储能综合能源系统优化调度

黄涛, 许志鹏, 葛乐

2020(5):  72-77.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.012

摘要 ( 210 )   HTML ( 8)   PDF (1242KB) ( 457 )  

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基于含大规模风电氢储能综合能源系统,提出了一种以系统运行成本最低为目标,考虑风能不确定性、随机安全约束机组组合和需求响应的日前优化模型。在改进的6节点系统和24节点系统上进行算例分析。结果表明,同时考虑氢储能综合能源系统和需求响应对电力调度的影响,弃风量和日运营成本均有所降低。

储能参与辅助服务补偿机制及多商业模式运行研究^*

韦嘉睿, 江岳文

2020(5):  78-85.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.013

摘要 ( 149 )   HTML ( 4)   PDF (1615KB) ( 314 )  

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作为一种灵活的资源,储能应用于电力系统辅助服务的方方面面。但目前储能参与辅助服务的市场机制并不完善,影响储能商业化发展,提出了针对储能参与调峰、调频的补偿机制。基于储能调峰的度电成本,提出考虑循环深度的阶梯式补偿机制;基于调频的容量成本、里程成本,提出考虑调频机会成本的两部制补偿机制。在补偿机制下,研究储能多商业模式运行策略,将储能应用于调峰、调频、电价套利功能中,降低储能闲置时间,提高利用率。仿真分析表明,所提出的储能多商业应用模式能够有效提高储能收入。

基于成本分析的用户侧储能方案经济性评估模型研究^*

宋远军, 何凯, 石进永, 柯慧敏

2020(5):  86-90.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.014

摘要 ( 171 )   HTML ( 7)   PDF (1128KB) ( 638 )  

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针对目前储能电池在电力系统中的大量投用,尤其在用户侧层面的日益增加,如何在降低投资成本前提下缩短收益回报时间。对用户侧储能方案进行经济性评估分析,分别对投资成本、运营成本、需量电费管理收益、峰谷套利收益、调频服务收益和需求响应收益进行分析,并结合江苏省现行峰谷负荷变化曲线,通过储能每日充放电次数和是否参与企业负荷削峰服务提出2种储能收益方案,同时得到2种储能方案经济性评估总模型。以某企业储能设备为例进行经济性评估,得出在2种储能方案下获得的收益对比结果。研究成果对当前储能设备商业投资具有一定的指导意义。

电池储能的监控管理技术研究

薛钟, 董贝, 丁毅, 张尧

2020(5):  91-95.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.015

摘要 ( 136 )   HTML ( 1)   PDF (4983KB) ( 318 )  

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基于电池储能的监控系统是电池储能技术的关键组成部分,提出了一种电池储能的监控系统。通过可视化人机界面实时监控电池的电压和温度,支持权限管理、电池接入和接出等保护控制动作、IEC 61850后台监控与储能变流器进行电力转换,定期分析和汇总电池性能指标。在多地挂网实验的实践证明,系统明显提高了电池储能的管控效率,提高人机友好性和降低人力成本。

面向动力电池储能系统的气体检测与预警装置设计^*

吴敏, 闫蕙馨, 赵雨微, 李建勇, 孙金磊

2020(5):  96-99.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.016

摘要 ( 164 )   HTML ( 4)   PDF (1423KB) ( 413 )  

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针对目前锂离子电池系统安全事故频发,而电化学电池构成的储能系统往往缺乏有害气体检测,提出了一种基于单片机STM32F103的动力电池储能系统有害气体检测与预警装置,运用MQ系列气敏传感器对锂离子电池可能释放的有害气体进行浓度检测,采用单片机内部ADC实现模数转换并与声光报警电路配合,设置相关阈值实现声光报警,有效检测气体排放预警事故的发生。

基于4G无线通信的电池状态信息采集系统设计^*

张雨涵, 李若愚, 姜川, 刘钊, 孙金磊

2020(5):  100-105.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.017

摘要 ( 172 )   HTML ( 2)   PDF (2057KB) ( 372 )  

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锂离子电池作为理想的储能载体被广泛应用于各类领域,尤其能为偏远地区提供电能方面的便利,然而锂电池自身存在使用寿命,其运行状态关系到供电设备的稳定运行,因此对电池状态信息的实时远程获取便成为亟待解决的问题。提出了一种基于4G无线通信的电池状态信息采集系统,通过单片机和集成芯片实现电池信息采集,并结合4G模块实现远程发送,利用阿里云平台实现数据的远程读取。试验结果表明,利用所设计的系统可以实现6节单体电池的状态信息采集和无线发送与网页实时显示.有利于分析电池的工作状态,便于技术人员定期维护。

锂离子混合型电容器在线参数辨识方法研究

岳伟, 黄钰强, 徐佳宁, 朱春波, 李晓宇

2020(5):  106-110.  doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2020.05.018

摘要 ( 121 )   HTML ( 3)   PDF (1186KB) ( 241 )  

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为了确保锂离子混合型电容器使用过程中的安全性和可靠性,需要对其运行过程进行监控和管理以及建模和参数辨识。利用戴维南等效电路模型中的2阶RC等效电路模型描述电容器的动态特性,采用带遗忘因子的递推最小二乘法辨识锂离子混合型电容器模型的参数,最终实现了开路电压、欧姆内阻、极化内阻的在线辨识。其研究为锂离子混合型电容器的状态估计和寿命预测等工作提供了基础方法和参考。