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基于全钒液流风储联合发电系统建模仿真研究

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有功功率/MW
时间/s
a) 有功功率波形图
4.2 工作模式 2
风储系统并网运行，风机发电，储能 PQ 充电控 制策略。仿真模型如图 10 所示
无功功率/MVar
时间/s
b) 无功功率波形图
图 10 模式二仿真模型
储能容量 1MW，风机额定容量 1.5MW，风速选
择 10m/s，实际出力 1MW，储能、风机与无穷大电网 相连， 无穷大电网提供电压和频率标准， 储能采用 PQ 充电控制策略，风机发电系统提供功率给储能充电。 仿真结果如图 11 所示。
图 7 风储系统联合运行的仿真模型
4 算例分析
4.1 工作模式 1
风储系统并网运行，风机发电，储能 V/f 放电控 制策略。仿真模型如图 8 所示。
电压/kV
时间/s
c) 母线电压波形图
频率/Hz
时间/s
图 8 模式一仿真模型
d) 母线频率波形图 图 9 模式一仿真结果
储能容量 1MW，风机额定容量 1.5MW，风速选 择 10m/s，实际出力 1MW。储能、风机与无穷大电网 相连，储能采用 V/f 放电控制策略与风机发电系统共 同给 1.5MW 的负载供电，仿真结果如图 9 所示。
图 2 风机单元体模型
2.2 储能系统建模仿真
2.2.1 全钒液流电池模型 全钒液流电池作为目前最具发展前景的储能电池 之一，具有维护方便、可频繁充放电、环保等优点[10]。 本文选取全钒液流电池作为储能单元的主要类型，其 等效电路模型，如图 3 所示[11-13]。
SOC
2.1 风电机组建模仿真
2.1.1 风力机模型 变速恒频双馈发电系统是目前风力发电系统的主 流技术之一，其主要优点在于可以通过控制系统使风 力机变速运行，提高了风能利用效率。双馈感应电机 可以吸收和发出无功功率，为系统无功功率和电压调 节提供有效手段。根据贝兹理论，风机从风能中捕获 的机械功率，可用式（1）表示。
SPWM
逆变控制模块 （放电）
整流控制模块 （充电）
图 5 储能电能变换装置示意图
主功率电路包括由 6 个 IGBT 组成的三相可控桥 式电路、隔离变压器、LC 滤波器以及线路。直流侧电 压经三相可控桥变换后通过隔离变压器进行电压变换 和隔离，再经过电感电容 LC 滤波器去除谐波分量， 最后经过线路连接至交流侧。 其模型图， 如图 6 所示。
发出和储能吸收功率的波动部分；而母线的电压和频 率始终维持在基准值，风储系统稳定运行。
1 引言
目前已经大规模开发利用的新能源主要有风能、 太 阳能、沼气和燃料电池。风电作为发展最为迅速的清洁 能源，其大规模利用的有效途径是实现其并网运行控 制， 但是风能本身的间歇性与无规律性使得对应的风电 输出随机性和波动性明显[1-2]，且由于季节变化和恶劣 天气影响，风电场可能会发生短时间的大幅度波动[3-4]。 引入储能装置，利用储能快速、高效地提高电能品质和 功率，可以有效稳定风力发电输出的波动性。储能系
School of Electric Power, Shenyang Institute of Engineering Email: tianwu_sie@
Abstract: The output power of wind turbine has the inherent defects such as spatial dispersion, time randomness and intermittent, which leads to the negative effect of the large scale of wind power connected to the power grid is more and more significant. With energy storage device constituting a wind power and energy storage cogeneration system, the fluctuation of wind power output can be solved well. Combined with actual situation of Wo Niushi wind power and energy storage demonstration power plant in Liaoning province and through research on wind power and energy storage cogeneration system modeling and simulation, unit model of wind turbine and energy storage system was built. Using PSCAD/EMTDC achieved the grid-connected operation simulation under the condition of wind power and energy storage both generate or wind power generates while energy storage absorbs power, the accuracy and effectiveness of the model and stability for wind power and energy storage cogeneration system operation was verified. Keywords: wind power and energy storage cogeneration system; doubly-fed wind generator; all vanadium redox flow; PSCAD/EMTDC
理地配置储能系统，成为目前研究的重点[7-8]。通过风 储联合发电系统及其建模仿真研究， 搭建风储联合系统 风电机组、储能系统各单元模型，实现稳定、可靠的风 储系统联合运行仿真， 对更好地全面开展风储联合发电 系统及风储能黑启动研究具有重要意义[9]。
2 风储联合系统各单元仿真建模
风机和储能各自小单元模型的准确、有效是风储 联合系统仿真可靠稳定运行的重要基础。本文结合项 目实际需要，利用双馈感应电机模型与变换器构建整 体的发电机本体和控制模型， 形成完整的风机单元体。 选择全钒液流电池为储能电池单元，结合变流器构建 储能系统模型。
P 0.5* C p * * R * *V （1） 式中， 为空气密度；C 为风能捕获系数；R 为
2 3 w
p
Rfixed
Ipump
Vstack Rreaction Rresistive Cclectrodes
叶片半径；Vw 为风速； P 代表风力机的输出功率。根 据式（1）及实际风机模型，在 PSCAD 中建立风力机 模型，如图 1 所示。
(2)
根据化学能斯特方程可以得到堆栈电压 Vstack 与荷 电状态 SOC 之间的关系式，如式（3）所示
图 1 风力机的 PSCAD 仿真模型
RT SOC Vstack nVcell n Vequilibrium 2 ln F 1- SOC
(3)
图 3 钒液流电池等效电路模型
在此等效电路模型中，Rreaction 和 Rresistive 代表等效内 阻损耗， R fixed 表示固定损耗。荷电状态 SOC 与钒离 子浓度之间的表达式，如式（2）所示。
cv 2 SOC cv 2 cv3 cvo 2 c cvo vo2
基于全钒液流风储联合发电系统建模仿真研究
田 武，刘 莉，王 刚，郭权利，沈 丽，冷 雪
沈阳工程学院电力学院 Email: tianwu_sie@
摘 要：风机出力具有空间分散性、时间随机性和间歇性等固有缺陷，导致风电大规模并网后对电网 造成的负面影响愈来愈显著。引入储能装置形成风储联合发电系统，可以很好地平抑风电输出功率的 波动。以辽宁省卧牛石风储示范电站为工程背景，通过对风储联合发电系统研究，搭建风储联合系统 风电机组、储能系统各单元模型，利用 PSCAD/EMTDC 实现风储系统在风发储发、风发储吸两种模式 下与大电网联合运行仿真，验证了所建风机、储能模型的准确性和有效性及风储联合发电系统运行的 稳定性。 关键词：风储联合发电系统；双馈风力发电；全钒液流；PSCAD/EMTDC
图 6 变流器主功率电路模型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3 风储联合发电系统建模仿真
电网侧AC 交流侧采样 直流侧采样
—
直流侧DC
+
基于风机和储能各自小单元的模型搭建整体风储 系统的单元体模型，验证风储小系统可以在性能参数 指标范围内进行有效的模拟实际风储系统，并进行相 关的仿真计算。为验证风储联合系统在黑启动过程中 的可靠性和稳定性，在 PSCAD 中搭建了如图 7 所示 的风储系统联合运行的仿真模型，由储能逆变单元、 风力发电系统和负荷组成的风储联合运行最小系统， 通过线路、变压器和开关连接至母线。
由图 9 可以看出，储能容量为 1MW，由于负载 容量为 1.5MW，因此储能满发 1MW 为负载充电，风 机的风速为 10m/s，发出功率也为 1MW，因此无穷大 电网吸收风机多发的功率部分，相当于储能与风机发 电， 为负载供电， 同时将多余功率反馈为无穷大电网； 由于变压器等损耗影响，导致有一部分无功损耗；而 母线的电压和频率始终维持在基准值，风储系统稳定 运行。
Model and Simulation of Wind Power and Energy Storage Cogeneration System Based on All Vanadium Redox Flow Battery
TIAN Wu, LIU Li, WANG Gang, GUO Quan-Li, SHEN Li, LENG Xue

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全钒液流电池国内外发展状况及展望

全钒液流电池国内外发展状况及展望

全钒液流电池国外发展状况及展望1、国外研发和应用现状有关钒电池的应用研究主要集中在储能领域。

国外研发机构投入大量的资金，进行长达数十年的深入研究，并相继在泰国、日本、美国、南非等地建成了KW-MW级的钒电池储能系统，用于电站调峰，并给边远地区供电。

目前,国外多家卓有成效的研发和应用机构进行着钒电池研发，并已步入商业化阶段。

1.1澳大利亚钒液流电池的研发工作最早始于1984年，由澳大利亚新南威尔士大学M Sya llas-K azacos提出。

1986年，钒液流电池体系获得专利。

之后，对钒液流电池的相关材料，如隔膜、导电聚合物电极、石墨毡等进行了研究，并取得了多项专利。

1994年，钒液流电池用在高尔夫车上,4kWh钒液流电池在潜艇上作为备用电源。

1997年UNSW 将专利权转售给澳大利亚Pinnacle矿业公司，新南威尔士大学停止了V2+/V3+电对和V4+/V5+电对在硫酸体系类型的钒电池研究。

Pinnacle 公司又于1999年将在日本和非洲大陆的专利许可分别授予了日本住友公司和加拿大Vanteck公司。

1.2普能国际—加拿大VRB能源系统公司其前身为加拿大Vanteck技术公司，2001年10月通过控股Pinnacle公司，从而拥有钒电池核心技术，2002年改名为VRB能源系统公司(VRB Power Systerms)，从事钒电池技术的开发和转让。

2008年11月，VRB能源公司因为财务问题和经济危机，停止了其所有业务。

2009年普能公司收购了VRB能源公司，成立普能国际。

1.3泰国Cellennium(泰国)是一家致力于钒电池开发的公司，其钒电池单电池开路电压从1.1V—1.6V，电池堆垂直放置并采用独有的溶液串联结构设计，优点表现在：基本消除旁路电流；由于易于检测堵塞和电解水可迅速被阻止因而非常安全；电解液流速和泵功率比溶液并联结构小因而系统效率高。

另外，该公司电解液制备也很有特点：可持续生产，成本低。

风光互补发电系统的建模与仿真研究

风光互补发电系统的建模与仿真研究

风光互补发电系统的建模与仿真研究风光互补发电系统的建模与仿真研究随着能源需求的增长和环境问题的加重，风能和光能作为可再生能源在电力领域的应用越发受到关注。

风能和光能具有互补性，即在一些地区风能丰富而光能较弱，而在另一些地区则相反。

因此，将风能和光能结合起来利用，构建风光互补发电系统，不仅可以提高能源利用效率，还可以减少对传统能源的依赖，降低碳排放量，对于实现可持续发展具有重要意义。

为了更好地研究风光互补发电系统的性能和优化控制策略，建模与仿真成为了不可或缺的工具。

本文将重点介绍风光互补发电系统的建模方法和仿真研究。

首先，建立风光互补发电系统的数学模型是进行仿真研究的基础。

风能系统的数学模型一般包括风能转换机构、变速装置、功率调节器和发电机等部分。

而光能系统的数学模型则包括太阳能电池板、逆变器和储能装置等部分。

将这两个系统合并成一个整体，可以通过建立方程组描述系统的动态行为。

同时，根据风能和光能的不确定性特点，还需要考虑随机性因素，引入概率论和统计学方法进行建模。

其次，在进行仿真研究时，需要选择合适的仿真软件。

目前，常用的仿真软件有MATLAB/Simulink、PSIM、PSCAD等。

MATLAB/Simulink是一种常用的仿真软件，具有强大的建模和仿真能力，可以方便地进行复杂系统的建模和仿真。

PSIM和PSCAD则是专门用于电力系统仿真的软件，具备高效的仿真算法和优秀的图形界面，适用于大规模电力系统的仿真研究。

进一步，进行仿真研究时需要确定合理的参数设置和模型验证方法。

参数设置主要包括风能和光能的统计特性、转换效率、储能装置的容量和功率控制策略等。

模型验证则是通过与实际数据进行比较，验证建立的数学模型的准确性和可靠性。

通常可以使用实测数据、场地试验数据或实际运行数据进行验证，从而评估模型的仿真效果和建模方法的合理性。

最后，通过仿真研究可以得到风光互补发电系统的性能分析结果和优化控制策略。

对于风光互补发电系统的性能分析，可以通过仿真模拟不同工况下的系统输出功率、整体效率、送电稳定性等指标进行评估，从而了解系统的性能特点。

全钒液流电池技术发展现状

全钒液流电池技术发展现状

全钒液流电池技术发展现状杨霖霖;廖文俊;苏青;王子健【摘要】全钒液流电池是当今世界上规模最大、技术最先进、最接近产业化的液流电池,在风电、光伏发电、电网调峰等领域有着极其良好的应用前景.本文对全钒液流电池的工作原理进行了详细介绍,并对影响全钒液流电池发展的关键技术进行深入分析,结合其国内外的技术发展现状,对全钒液流电池的发展趋势做了客观的评估,并展望了全钒液流电池发展前景.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2013(002)002【总页数】6页(P140-145)【关键词】全钒液流电池;关键技术;关键材料;应用前景【作者】杨霖霖;廖文俊;苏青;王子健【作者单位】上海理工大学,上海200093【正文语种】中文【中图分类】O646.21液流电池又称为氧化还原液流电池（redox flow battery），其正负极活性物质电解液是独立存放的，充放电的时候，电解液通过泵流入电池内部进行电化学反应，电池只是进行电化学反应的场所，电能存储在电解液里。

钒电池是当今世界上规模最大、技术最先进、最接近产业化的液流电池，在风电、光伏发电、电网调峰等领域有着极其广阔的应用前景[1-2]。

1 全钒液流电池的工作原理全钒液流电池是一种新型储能和高效转化装置，将不同价态的钒离子溶液作为正负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中，通过外接泵将电解液泵入到电池堆体内，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动；采用离子膜作为电池组的隔膜，电解液平行流过电极表面并发生电化学反应，将电解液中的化学能转化为电能，通过双极板收集和传导电流。

在钒电池中，正极发生的是+4和+5价钒离子的氧化还原反应，负极发生的是+2和+3价钒离子的氧化还原反应。

正负极电化学反应构成了全钒液流电池的基本原理，反应方程式如下[2-5]：全钒液流电池的标准电动势为1.26 V，实际使用中，由于电解液浓度、电极性能、隔膜电导率等因素的影响[6]，开路电压可达到1.5～1.6 V，其原理如图1所示[7]，充电时蓝色的VO2+离子在正极电极表面被氧化为黄色的VO2+离子，同时放出电子，通过极板传到外电路，绿色的V3+离子则从外电路得到电子，并且在负极电极表面被还原为紫色的V2+离子。

风力发电蓄电池储能系统的建模与仿真

风力发电蓄电池储能系统的建模与仿真

风力发电蓄电池储能系统的建模与仿真孙晓;梁维;曾浩宇;杨丹青【摘要】为了风电运行人员能更好地掌握蓄电池储能系统的理论知识,模拟分析其运行情况,分析了蓄电池储能系统的工作原理及其数学模型,利用Matlab/Simulink 软件搭建了蓄电池储能系统的仿真模型,并在阵风、渐进风和随机风3种风模型下,对其进行仿真分析.仿真结果表明:该仿真模型是正确、有效的.【期刊名称】《湖南工业大学学报》【年(卷),期】2016(030)001【总页数】6页(P17-22)【关键词】风力发电;蓄电池储能系统;仿真建模【作者】孙晓;梁维;曾浩宇;杨丹青【作者单位】湖南工业大学机械工程学院,湖南株洲412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲412007【正文语种】中文【中图分类】TM614能源紧缺是人类社会面临的重大问题。

因此，开发可再生能源以发展低碳经济成为世界各国解决能源不足的重要途径之一。

风力发电作为目前较成熟、可大规模开发的可再生能源发电技术之一，近年来得到迅速发展［1］。

风力发电主要有不消耗资源、不污染环境、造价低、占地面积小等优点。

其利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，促使发电机发电。

由于风力发电具有很强的波动性，为了保持风力发电系统的稳定，引入储能系统［2］（energy storage system，ESS）。

储能系统主要是将电能转化为化学能、势能、电磁能等形态存储起来，并在需要时可转化为电能的技术。

常用的储能技术有物理储能、电磁储能、电化学储能和相变储能4类。

目前，蓄电池储能系统在风力发电中的应用最为广泛。

蓄电池储能系统是风力发电的重要组成部分。

对于风电运行人员而言，在平常的岗位培训中，只能学习到蓄电池储能系统的理论知识，而不能对其实际运行情况进行模拟。

因此，本文基于蓄电池储能系统的动态数学模型，建立了风电发电蓄电池储能系统的仿真模型。