電力系統(tǒng)中全礬液流電池電磁暫態(tài)仿真建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)中全礬液流電池電磁暫態(tài)仿真建模方法，該方法建立全礬液流電池的等效電路：電池電壓正極分兩路，一路接電阻Rfixedloss，電阻Rfixedloss另一端接電池電壓負(fù)極，電阻Rfixedloss的兩端并聯(lián)有受控電流源Ipumploss；電池電壓正極另一路接受控電壓源正極，受控電壓源負(fù)極接電阻Rreaction，電阻Rreaction另一端接電阻Rresistiveloss，電阻Rresistiveloss另一端接電池電壓負(fù)極，受控電壓源正極與電阻Rreaction另一端之間并聯(lián)有電容Celectrodes，然后分別求取各參數(shù)。該方法可以進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真。
【專利說明】電力系統(tǒng)中全礬液流電池電磁暫態(tài)仿真建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能電池電磁暫態(tài)建?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種電力系統(tǒng)中全礬液流電池電磁暫態(tài)仿真建模方法。

【背景技術(shù)】
[0002]全f凡液流電池(Vanadium Redox Flow Battery, VRB),是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動(dòng)液態(tài)的氧化還原電池。釩電池電能以化學(xué)能的方式存儲(chǔ)在不同價(jià)態(tài)釩離子的硫酸電解液中，通過外接泵把電解液壓入電池堆體內(nèi)，在機(jī)械動(dòng)力作用下，使其在不同的儲(chǔ)液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動(dòng)，采用質(zhì)子交換膜作為電池組的隔膜，電解質(zhì)溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過雙電極板收集和傳導(dǎo)電流，從而使得儲(chǔ)存在溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。這個(gè)可逆的反應(yīng)過程使釩電池順利完成充電、放電和再充電。
[0003]釩電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng)使用，具有以下特點(diǎn):1)電池的輸出功率取決于電池堆的大小，儲(chǔ)能容量取決于電解液儲(chǔ)量和濃度，因此它的設(shè)計(jì)非常靈活，當(dāng)輸出功率一定時(shí)，要增加儲(chǔ)能容量，只要增大電解液儲(chǔ)存罐的容積或提高電解質(zhì)濃度；2)釩電池的活性物質(zhì)存在于液體中，電解質(zhì)離子只有釩離子一種，故充放電時(shí)無其它電池常有的物相變化，電池使用壽命長；3)充、放電性能好，可深度放電而不損壞電池；4)自放電低，在系統(tǒng)處于關(guān)閉模式時(shí)，儲(chǔ)罐中的電解液無自放電現(xiàn)象；5)釩電池選址自由度大，系統(tǒng)可全自動(dòng)封閉運(yùn)行，無污染，維護(hù)簡單，操作成本低；6)電池系統(tǒng)無潛在的爆炸或著火危險(xiǎn)，安全性高；7)電池部件多為廉價(jià)的碳材料、工程塑料，材料來源豐富，易回收，不需要貴金屬作電極催化劑；8)能量效率高，可達(dá)75°/Γ80%，性價(jià)比非常高；9)啟動(dòng)速度快，如果電堆里充滿電解液可在2min內(nèi)啟動(dòng)，在運(yùn)行過程中充放電狀態(tài)切換只需要0.02s。
[0004]釩電池因其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使其在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、電動(dòng)汽車電源、不間斷電源和應(yīng)急電源等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種電力系統(tǒng)中全礬液流電池電磁暫態(tài)仿真建模方法，該方法可以進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種電力系統(tǒng)中全礬液流電池電磁暫態(tài)仿真建模方法，建立全礬液流電池的等效電路:電池電壓Vbattey正極分兩路，一路接電阻Rfixed 1()SS第一連接端，所述電阻Rfixed 1()SS第二連接端接所述電池電壓Vbattwy負(fù)極，所述電阻Rfixed loss的兩端并聯(lián)有受控電流源IP_ 1ss;所述電池電壓Vbattey正極另一路接受控電壓源Vstack正極，所述受控電壓源Vstadi負(fù)極接電阻R_im第一連接端，所述電阻R—第二連接端接電阻

Rresistive loss
第一連接端，所述電阻




Rresistive loss


第二連接端接所述電池電壓Vbattwy負(fù)極，所述受控電壓源Vstadi正極與電阻R^tim第二連接端之間并聯(lián)有電容Celertrates ；
全帆液流電池的單節(jié)電池電壓Vrall由下式(I)求取:

【權(quán)利要求】
1.一種電力系統(tǒng)中全礬液流電池電磁暫態(tài)仿真建模方法，其特征在于，建立全礬液流電池的等效電路:電池電壓Vbattey正極分兩路，一路接電阻Rfixed loss第一連接端，所述電阻Rfixed loss第二連接端接所述電池電壓Vbattey負(fù)極，所述電阻Rfixed loss的兩端并聯(lián)有受控電流源IP_ loss ;所述電池電壓Vbattoy正極另一路接受控電壓源Vstadi正極，所述受控電壓源Vstadi負(fù)極接電阻R_im第一連接端，所述電阻R_im第二連接端接電阻RMsistive loss第一連接端，所述電阻Rresistive loss第二連接端接所述電池電壓Vbattwy負(fù)極，所述受控電壓源Vstadi正極與電阻R—第二連接端之間并聯(lián)有電容Celertrates ； 全帆液流電池的單節(jié)電池電壓Vrall由下式(I)求取:
式中，a為全礬液流電池電極平衡電勢(shì)，R為氣體常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，η為電極反應(yīng)中得失的電子數(shù)，SOC為電池的荷電狀態(tài)； 由M節(jié)電池串聯(lián)組成的電池堆，其堆棧開路電壓，即受控電壓源Vstadi為: Vstack =MX Vcell (2) 電池堆的功率Pstadi由下式(3)求取:
式中，PratingS電池系統(tǒng)的額定輸出功率，P1ss為電池系統(tǒng)的總損耗，P1ss由下式(4)求取: P —PPP(4)
1 lossinternalexternal_ fixedexternal_ variable\^/
式中，P internal 疋由電阻 Rreact1n 和 Rresistive loss

產(chǎn)生的內(nèi)部損耗，P






external_fixed是由電阻RfiX6dloss產(chǎn)生的外部固定損耗，P external_variable

是由受控電流源Ip_ loss產(chǎn)生的外部變化損耗；通過給定的各類損耗值、電池電壓Vbattey求出電阻Rreartim、Rresistive loss和Rfixed loss的值，而受控電流源Ip_ 10ss由下式(5)求取:
式中，k為一經(jīng)驗(yàn)系數(shù)； 電池系統(tǒng)中單個(gè)電池的電容為Cvf, η個(gè)電池串聯(lián)，整個(gè)電池系統(tǒng)的電容為:
C = Cvf / η (6) 電池的荷電狀態(tài)SOC由下式(7)求取: SOC =現(xiàn)存的容量/可以儲(chǔ)存的總?cè)萘?(7)
SOCtn = SOCt + ASOC (8) 式中，S0Ct+1為下一時(shí)步t+Ι的荷電狀態(tài)，SOCt為當(dāng)前時(shí)步t的荷電狀態(tài)，Λ SOC為下一時(shí)步與當(dāng)前時(shí)步的荷電狀態(tài)偏差；
式中，Λ E為儲(chǔ)能偏差量，Ecapacity為儲(chǔ)能總?cè)萘?，Timesetp為仿真步長，Timerating為儲(chǔ)能系統(tǒng)在額定功率下進(jìn)行充電的額定時(shí)間，當(dāng)充電時(shí)，Istadi為正，Λ SOC為正，SOC值不斷增加；當(dāng)放電時(shí)，Istadi為負(fù)，Λ SOC為負(fù)，SOC值不斷減少。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104133975SQ201410406824
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】林因, 鄭偉杰, 張星, 徐得超, 江偉, 徐振華, 黃霆 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 中國電力科學(xué)研究院