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储能电站锂离子电池火灾早期预警与抑制技术研究综述

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电气工程学报 2022年第4期17卷 72-87页

作者：陈银肖如崔怡琳陈明毅江苏大学环境与安全工程学院镇江212013

锂离子电池的优良性能使之得到了广泛的应用,也是电化学储能电站的核心部件之一。然而储能电站的火灾、爆炸等事故,不但会给企业带来极大的经济损失,还会对整个产业的发展产生很大的影响,因此储能电站安全不容忽视。阐述了锂离子电池热... 详细信息

锂离子电池的优良性能使之得到了广泛的应用,也是电化学储能电站的核心部件之一。然而储能电站的火灾、爆炸等事故,不但会给企业带来极大的经济损失,还会对整个产业的发展产生很大的影响,因此储能电站安全不容忽视。阐述了锂离子电池热失控致火灾的机理,重点归纳总结了当前国内外关于电池表面缺陷检测、电压、电流-超声波预警系统、声音预警系统和气体-声信号预警系统融合等锂离子电池热失控-火灾早期预警技术,研究了现有锂离子电池火灾灭火常用技术手段及优缺点。在此基础上,提出了适用于锂离子电池储能电站火灾的早期预警和火灾控制技术,为有效地提升储能系统安全防护水平,降低火灾发生的概率及火灾发生后的财产损失等应用提供了参考。

关键词：锂离子电池储能电站火灾预警火灾抑制

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基于粗糙集的电池储能电站海量数据处理方法

中国电力 2022年第2期55卷 44-50,208页

作者：陈娟惠东范茂松胡娟褚永金中国电力科学研究院有限公司北京100085

锂离子电池的储能电站在运行过程中上传的数据量庞大,数据采样率高,增大了实时在线评估工作的难度。如何提取并压缩有效数据,同时保证压缩后的数据具有保真性,成为数据挖掘预处理所面对的主要问题。针对上述问题,选取储能电站特定工况... 详细信息

锂离子电池的储能电站在运行过程中上传的数据量庞大,数据采样率高,增大了实时在线评估工作的难度。如何提取并压缩有效数据,同时保证压缩后的数据具有保真性,成为数据挖掘预处理所面对的主要问题。针对上述问题,选取储能电站特定工况下一个电池簇的数据,利用粗糙集方法,对数据的属性进行约简,根据正态分布的2σ原则对属性值进行二元逻辑划分,将单体电池划分为频繁检测对象和普通检测对象,压缩了在线处理的数据量。最后,对同一电池簇20天内不同工况数据进行验证,证明了该处理方法的有效性。

关键词：储能电站数据处理粗糙集属性约简统计学

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广域储能电站定容-选址一体规划

中国电力 2022年第7期55卷 110-120页

作者：曹新慧车勇司政开赛江周专袁铁江国网新疆电力有限公司经济技术研究院新疆乌鲁木齐830000 国网新疆电力有限公司新疆乌鲁木齐830000 大连理工大学电气工程学院辽宁大连116023

针对储能电站在大规模风电并网电力系统中的容量和选址规划问题,提出广域储能电站定容-选址一体规划方法。首先,针对简单辐射网络与复杂网络,考虑储能四象限运行特性,基于PV曲线法,定量分析论证储能电站容量与位置对系统静态电压稳定和... 详细信息

针对储能电站在大规模风电并网电力系统中的容量和选址规划问题,提出广域储能电站定容-选址一体规划方法。首先,针对简单辐射网络与复杂网络,考虑储能四象限运行特性,基于PV曲线法,定量分析论证储能电站容量与位置对系统静态电压稳定和风电消纳能力的影响机理,提出储能电站定容和选址思路;其次,综合考虑系统静态电压稳定、风电消纳能力、网损及储能投资4方面,以风电消纳年收益最大,以及系统静态电压稳定裕度变化率、网损成本、储能电站等年值投资成本最小为目标构建广域储能电站定容-选址一体规划模型,提出嵌入潮流计算及粒子群算法的遗传算法求解模型。以新疆准东大型风电基地为例,验证了所提方法的有效性。

关键词：储能电站选址静态电压稳定新能源容量配置

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储能电站参与电网一次调频的控制策略研究

储能电站参与电网一次调频的控制策略研究

作者：任立腾山西大学

学位级别：硕士

在以新能源为主体的新型电力系统中,随着新能源占比的不断提高,系统的扰动愈加频繁,而调峰调频资源愈加缺乏,电力系统的安全稳定运行和电能质量面临着巨大的挑战。电池储能具有响应速度快、双向吞吐、便于精准控制等优点,既可响应调度... 详细信息

在以新能源为主体的新型电力系统中,随着新能源占比的不断提高,系统的扰动愈加频繁,而调峰调频资源愈加缺乏,电力系统的安全稳定运行和电能质量面临着巨大的挑战。电池储能具有响应速度快、双向吞吐、便于精准控制等优点,既可响应调度指令进行调峰,又可利用调峰剩余容量参与一次调频,将在新型电力系统的运行控制中发挥重要的作用。本文研究电池储能参与一次调频的控制问题,提出了一种以储能电站中储能单元为基本控制对象的一次调频的控制策略。具体工作内容包括:首先,分析了当前储能参与电网一次调频的现状和控制策略存在的问题,提出了本文研究的主要内容;基于传统机组和储能电站一次调频的原理与特点,分别建立了传统机组和储能电站一次调频的等效模型;考虑储能电站一次调频出力需求与荷电状态(State of Charge,SOC)恢复需求,建立了含储能电站的电力系统一次调频的区域等效模型。其次,定义了储能单元的参与因子,以储能单元为基本控制对象,根据系统频率偏离额定值的大小、速度和储能单元的参与因子动态分配各个储能单元的调频出力份额,并协调采用虚拟正/负惯性和虚拟下垂3种控制方法,控制储能单元以Logistic函数特性出力,既兼顾了各储能单元的SOC和调频出力,又改善了一次调频效果。随后,基于超短期负荷预测,计算出非调频期间各储能单元SOC预恢复目标值;通过考虑储能单元SOC的恢复需求与电力系统承受负荷波动的冗余能力,设定了SOC预恢复期望系数和限制系数;在此基础上,提出了储能单元SOC预恢复控制策略,既提高了储能单元调频容量的利用率,又能有效应对下个阶段的系统负荷波动。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台下,搭建了含储能电站电网一次调频的区域等效模型,应用控制变量法仿真验证了本文所提控制策略相较于常规控制策略的有效性和优势性。

关键词：储能电站一次调频参与因子储能单元荷电状态预恢复

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储能电站的虚拟同步自适应控制方法研究

储能电站的虚拟同步自适应控制方法研究

作者：黄云帆兰州交通大学

学位级别：硕士

随着人类社会对能源的需求与日俱增,获取能源的新渠道不断被开拓。各国纷纷推进新能源大规模并网,有效缓解了能源短缺、环境污染的问题。但以风光为代表的新能源发电存在着随机性与波动性等不利因素,此外电网中同步发电机(Synchronous G... 详细信息

随着人类社会对能源的需求与日俱增,获取能源的新渠道不断被开拓。各国纷纷推进新能源大规模并网,有效缓解了能源短缺、环境污染的问题。但以风光为代表的新能源发电存在着随机性与波动性等不利因素,此外电网中同步发电机(Synchronous Generator,SG)占比不断降低还会引起系统中惯量阻尼的缺失,使得电网稳定性下降,在一定程度限制了新能源产业的进步。储能技术是通过能量互动促进新能源消纳、降低区域客户用电成本的有效途径,以电化学储能电站为代表的储能系统逐渐成为电网的重要组成部分。为提升高比例新能源系统的惯性阻尼,研究学者开发出基于虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)概念的逆变器控制技术,广泛应用于各种能量转换场合中,在保持电力电子系统频率稳定性方面发挥关键作用。本文通过将储能电站与VSG控制技术结合应用,使储能电站参与到电网的频率和电压调节中,为进一步抑制输出功率的振荡,改善区域电网频率和电压的稳定性,进行储能电站VSG的自适应控制策略研究,论文主要研究工作如下:(1)为满足储能变流器大功率、宽范围及复杂工况下调频调压的控制需求,选用三相全桥电路作为AC/DC电路,交错并联双向Buck/Boost电路作为DC/DC电路;基于SG理想模型,建立变流器的VSG数学模型,并完成了VSG控制结构的设计。分析控制参数对VSG系统的影响,建立VSG有功环并网小信号模型,通过根轨迹分析了虚拟惯性和阻尼系数对VSG系统稳定性的影响,并且基于Matlab/Simulink仿真平台通过仿真验证了VSG控制模型的有效性及其有功传递函数的可靠性。(2)针对储能VSG受储能电站储能电池输出特性约束,在固定控制参数下,存在控制参数取值不合理、抗干扰性能差、电池低电量断电停机时输出功率陡降等问题,本文提出了一种基于荷电状态(State of Charge,SOC)反馈的VSG自适应控制策略,该策略考虑了储能电站电池组安全稳定运行所必须的物理约束条件。在此控制方案下,VSG在正常SOC时采用模糊欠阻尼控制,自适应调节虚拟惯量和阻尼系数,在SOC较低时采用分级降功率的常数过阻尼控制,从而改善系统输出有功功率和频率的动态响应,提高系统的稳定性,缓解因VSG断电离网导致的功率波动,基于Matlab/Simulink仿真平台,通过仿真验证了其在改善功频响应方面的优越性。(3)为解决传统整数阶VSG在固定参数控制策略下,自由度不足、参数调整不灵活而导致鲁棒性差的缺陷,本文将VSG的虚拟惯性环节分数阶化,把模糊推理引入VSG控制器中,得到基于分数阶虚拟惯性的VSG自适应控制策略。通过理论推导及仿真验证归纳总结改变虚拟惯性积分阶次对VSG控制效果的影响,进而设计在不同电网运行状态时的理想分数阶阶次变化规则,最终基于模糊算法实现虚拟惯量、积分阶次和阻尼系数的参数自适应控制,使储能电站并网运行更加稳定。基于Matlab/Simulink仿真平台,在有功指令阶跃、网侧频率突变、负载突变的复杂工况下进行了仿真分析,比较分析传统固定参数控制、模糊整数阶VSG控制及模糊分数阶VSG控制3种控制器的控制效果,结果表明通过模糊推理实现分数阶VSG控制参数的自整定,抗干扰能力有了明显改善,具有较低的总电流谐波,能够向电网输出更高的电能质量。

关键词：储能电站虚拟同步机参数边界自适应控制分数阶控制

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考虑全寿命周期的储能电站综合评价模型

发电技术 2023年第6期44卷 883-888页

作者：陈志华尤梦凯蔡伟胡经伟胡兴张爱芳张科杰王伟国网湖北省电力有限公司黄冈供电公司湖北省黄冈市438000 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司湖北省武汉市430074

针对储能电站评价模型的研究集中在储能电站的成本模型和经济效益模型,较少考虑储能电站长期运行带来的社会效益的情况,首先,考虑建设成本、储能电池租赁成本、人工成本、运行维护成本、处置成本和其他成本,建立储能电站成本模型;然后,... 详细信息

针对储能电站评价模型的研究集中在储能电站的成本模型和经济效益模型,较少考虑储能电站长期运行带来的社会效益的情况,首先,考虑建设成本、储能电池租赁成本、人工成本、运行维护成本、处置成本和其他成本,建立储能电站成本模型;然后,综合考虑经济效益和社会效益建立储能电站效益模型;最后,建立了基于储能电站全寿命周期的综合效益评价模型。通过对比4种规模储能电站的综合效益确定最优的规模,验证了综合评价模型的有效性,为储能电站建设规模的选取提供一种直观的综合评价方法。

关键词：储能电站全寿命周期综合评价模型

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大容量锂电池储能电站的等值仿真方法

南方电网技术 2022年第4期16卷 30-38页

作者：周姝灿卢洵刘新苗龚贤夫左郑敏彭虹桥广东电网有限责任公司电网规划研究中心广州510620 广东电网有限责任公司广州510620

随着大规模高比例新能源以及大容量直流的接入,系统灵活调节能力和安全稳定水平将会受到挑战。而大容量、集中式的电网侧锂电池储能电站对于提升上述问题具有积极意义。为便于进一步研究大规模锂电池储能电站接入电网的响应问题,提出了... 详细信息

随着大规模高比例新能源以及大容量直流的接入,系统灵活调节能力和安全稳定水平将会受到挑战。而大容量、集中式的电网侧锂电池储能电站对于提升上述问题具有积极意义。为便于进一步研究大规模锂电池储能电站接入电网的响应问题,提出了大容量锂电池储能电站的等值仿真方法。首先,从锂电池组建模、储能变流器和换流变压器参数设计、控制策略以及等值建模方法4个方面梳理了储能电站仿真的主要思路和方法。然后在PSCAD平台基于实际储能电站设计参数搭建了百兆瓦级锂电池储能电站的等值模型。仿真测试结果表明,等值的储能电站模型可以保持单个储能单元的基本特性,其充放电的控制精度、响应时间、调节时间以及切换时间均在相关国家标准内,具备大容量储能电站接入电网侧的外特性分析仿真能力,可为相关仿真研究提供参考模型。

关键词：锂电池储能电站电网侧等值模型

基于运行数据的储能电站电池组一致性评估方法

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储能科学与技术 2023年第9期12卷 2937-2945页

作者：高欣王若谷高文菁邓泽军梁睿祺杨騉国网陕西省电力科学研究院陕西西安710054 中国矿业大学江苏徐州221116 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

本工作以大容量磷酸铁锂电池储能电站为研究对象,立足于储能系统中处于工程场景的电池组日常运行数据。首先,根据电池运行数据分析表征锂离子电池电压、温度的一致性关键参量;其次,提取能够有效反映电池组一致性的评估特征;最后,基于此... 详细信息

本工作以大容量磷酸铁锂电池储能电站为研究对象,立足于储能系统中处于工程场景的电池组日常运行数据。首先,根据电池运行数据分析表征锂离子电池电压、温度的一致性关键参量;其次,提取能够有效反映电池组一致性的评估特征;最后,基于此类特征,将储能电站的一致性分析分为两个层次,提出了针对站内大规模电池组的一致性分析算法以及基于DBSCAN(density-based spatial clustering of applications with noise)聚类的电池组内异常单体电池筛选算法。结果表明,所提算法能够高效地获取储能电站运行数据中与电池组一致性相关的关键电气特征量,准确判断储能系统内电池组的一致性情况以及定位可能出现故障的单体电池。本研究有助于判断在工程场景中大规模电池组的一致性状态,并能及时准确地筛选出异常单体电池,保障储能电站电池组的安全性。

关键词：储能电站锂离子电池 DBSCAN聚类算法一致性评估

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储能电站监控系统关键技术研究与实现

储能电站监控系统关键技术研究与实现

作者：邓阳杰武汉工程大学

学位级别：硕士

电化学储能因其具有储存容量高、功率大、输出稳定且不受地理环境与地形环境限制等优点而被广泛应用,随着电化学储能电站装机容量与装机规模不断增加,使得储能电站监控系统在储能电站中的重要性也日益凸显,作为储能电站的“大脑”,储能... 详细信息

电化学储能因其具有储存容量高、功率大、输出稳定且不受地理环境与地形环境限制等优点而被广泛应用,随着电化学储能电站装机容量与装机规模不断增加,使得储能电站监控系统在储能电站中的重要性也日益凸显,作为储能电站的“大脑”,储能电站监控系统是保障储能电站安全稳定经济运行的重要因素。目前现有的大容量电池储能电站已经达到百兆瓦级别,针对储能电站数据庞大、控制精度高、效应速度快等特点,传统的监控系统已经不能满足实际应用需求,而且储能电站中电池储能系统通常是由上万节单体电池通过串并联方式组成,传统的监控系统对储能电站内各个单体电池状态估计误差较大,从而导致大规模电池串并联组成的储能电站安全隐患问题与寿命缩短问题十分严重。因此,为了解决上述所说储能电站监控系统领域中存在的问题,本文首先对储能电站监控系统关键技术背景与意义进行了阐述,并介绍了储能技术、储能电站监控系统和储能电站监控系统关键技术国内外研究现状,同时也调研了当前电化学储能电站运维需求,在此基础上,提出了储能电站监控系统设计方案,并从储能电站电池安全管理、储能电站容量衰减、储能电站消防安全管理等方面对基于电化学储能电站监控领域中三个关键技术进行了研究与实现。(1)储能电站锂电池SOC校正技术,该技术利用监控系统中储能电站锂电池相关的实时数据与历史数据信息,采用了二阶等效电路模型+无迹卡尔曼滤波算法对锂电池SOC进行实时精准估计,提高电池能量利用率,能够在电池SOC处于20%与80%的临界点进行实时监测预警,确保电站安全稳定运行。(2)储能电站锂电池健康状态诊断技术,该技术利用监控系统中储能电站锂电池相关的实时数据与历史数据信息进行分析处理,采用了二阶等效电路模型+双无迹卡尔曼滤波算法对锂电池内阻进行实时精准估计,通过监测锂电池内阻值的变化来精准预测电池健康状态与剩余寿命。(3)储能电站消防安全管理技术,该技术通过监控系统对储能电站系统中触发锂电池热失控的特征参数(温度、电压、气体等)进行监测,设计采用了高精度复合型探测器,在特征参数异常时进行早期预警,并设计了锂电池火灾抑制系统,采用了灭火抑制剂全氟己酮实现对锂电池火灾化学抑制与降温灭火,确保锂电池不会二次复燃。最后搭建了5KW/10KWh锂电池储能电站实验系统,将上述研究与实现的三项关键技术应用到监控系统中,通过实验系统应用验证了这些关键技术提升了储能电站的运维效率,满足了企业大容量储能电站安全稳定经济可靠运行的要求。

关键词：储能电站监控系统 SOC校正健康状态诊断消防安全管理