电池储能系统的管理控制策略研究

第一章绪论.................................................................................................................... - 1 -

1.1国内外储能系统发展概况 (1)

1.1.1全球储能系统简介............................................................................................ - 1 -

1.1.2国内储能系统概述............................................................................................ - 2 - 1.2电池储能系统现状 (2)

1.2.1蓄电池储能技术的意义.................................................................................... - 2 -

1.2.2 蓄电池储能与其他储能方式的比较............................................................... - 3 - 1.3课题的意义与主要研究内容.. (5)

第二章电池模型的建立................................................................................................ - 7 -

2.1电池概述及建模意义 (7)

2.1.1蓄电池概述........................................................................................................ - 7 -

2.1.2电池模型意义及要求........................................................................................ - 9 - 2.2面向电池管理系统的电池建模. (9)

2.2.1非电路模型........................................................................................................ - 9 -

2.2.2等效电路模型.................................................................................................. - 11 -

2.2.3一种新型的电池模型...................................................................................... - 13 - 2.3模型的实现与搭建. (16)

2.4本章小结 (18)

第三章储能系统电池管理装置开发............................................................................ - 19 -

3.1储能系统电池管理装置拓扑结构 (19)

3.1.1 BMC与单元电池的关系 ................................................................................ - 19 -

3.1.2 BCU与BMC的关系...................................................................................... - 20 - 3.2储能系统电池管理开发装置流程. (21)

3.3储能系统电池管理装置的基本功能 (23)

3.3.1电池状态的检测与分析.................................................................................. - 23 -

3.3.2电池信息管理.................................................................................................. - 24 -

3.3.3电池安全监控.................................................................................................. - 24 -

3.3.4电池均衡控制.................................................................................................. - 24 -

3.4本章小结 (26)

第四章储能系统电池组管理控制方法的制定.......................................................... - 27 -

4.1储能系统电池组管理控制思路 (27)

4.1.1开路电压法...................................................................................................... - 27 -

4.1.2电荷累计法...................................................................................................... - 29 -

4.1.3一种折中的方法.............................................................................................. - 30 - 4.2KALMAN滤波器对SOC估算的优势与局限性 (30)

4.2.1应用Kalman滤波器进行SOC估算优势...................................................... - 31 -

4.2.2扩展Kalman滤波器SOC算法...................................................................... - 31 - 4.3基于无迹KALMAN滤波器SOC与内阻估计方法.. (33)

4.3.1无迹变换基本思路与算法.............................................................................. - 33 -

4.3.2利用UKF进行SOC与内阻估计 .................................................................. - 34 - 4.4 UKF估算电池平台期的SOC值 ............................................................................. - 36 -

4.4.1电池系统非线性模型...................................................................................... - 36 -

4.4.2实验分析算法误差.......................................................................................... - 37 - 4.5本章小结.. (38)

第五章实验系统的实现与验证.................................................................................. - 39 -

5.1硬件平台设计 (39)

5.1.1电池模块.......................................................................................................... - 39 -

5.1.2检测模块.......................................................................................................... - 40 -

5.1.3控制模块.......................................................................................................... - 41 -

5.1.4监控PC ............................................................................................................ - 43 - 5.2算法软件设计 (44)

5.3实验电路展示与结果 (45)

5.4本章小结 (46)

第六章结论.................................................................................................................. - 47 -

6.1取得成果 (47)

6.2存在的问题及改进的建议 (48)

参考文献.......................................................................................................................... - 49 - 附录A .............................................................................................................................. - 53 -

致谢.......................................................................................................................... - 55 - V I

攻读学位期间所取得的相关科研成果.......................................................................... - 57 -

VII

V III

第一章绪论

1.1国内外储能系统发展概况

1.1.1全球储能系统简介

储能技术目前被看作电网正常运行过程中的发电、输送、使用、储存等五大重要组成环节中的一部分[1]。为了对需求侧实施有效的管理可以在电力系统引入储能装置。其主要作用是消除用电高峰和用电低谷的落差，使负荷平滑，使电力设备得到有效的利用，供电成本得到降低，使可再生能源得到大量应用，并且还可以提高电力系统运行的稳定性、频率调节、负荷波动补偿等作用[2]。

电能可以通过转换为其他形式的能量来进行储存，如化学能、势能、动能、电磁能等，按特定方式可分为电磁、物理、相变储能和电化学四个类型[3]。其中物理储能包括有飞轮储能、抽水储能、压缩空气储能；电磁储能包括有超级电容储能、超导储能、高能密度电容储能；电化学储能包括液流、铅酸、锂离子、镍氢、镍镉、钠硫等电池储能；相变储能包括冰蓄冷储能。

在1970年左右，日本、美国、欧洲西部等国家和地区抽水蓄能电站进入建设高峰期，美国和西欧经济发达国家抽水储能机组容量是目前世界抽水蓄能容量最多的国家和地区，约占世界总容量的55%以上[4]。

1978年德国建造用于负荷波动补偿，装机容量290MW，换能效率77%的亨特村电站是全球范围内第一个商业化压缩空气储能电站，运行至今，累计启动超过7000次。目前在美国有用于削峰填谷的电站主要有，装机容量为100MW麦金托什电站和装机容量为2.7GW诺顿电站；Ridge和EI Paso能源公司于2005年在德克萨斯州开始建造容量为540MW的马克姆电站。1998年，日本建设了北海道三井砂川矿坑储气库，2001年输出功率为2MW的压缩空气储能电站运行。目前，ABB公司正在瑞士开发输出功率442MW，运行时间为8h的大容量联合循环压缩空气电站，其采用水封方式来进行贮气。此外，长期致力于压缩空气储能的开发的国家还有俄罗斯、法国、意大利、卢森堡、以色列等[5]。

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