一种大容量磷酸铁锂电池储能系统及其建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能电网中丽级电池储能系统设计与控制技术领域，设及一种大容 量磯酸铁裡电池储能系统及其建模方法。
【背景技术】
[0002] 大容量电池储能系统炬ES巧为间歇性、随机性的新能源（如风电、光伏发电等） 解决其并网难、控制复杂等难题提供了一种有效的方式。同时，因受新能源规模不断扩大、 用电负荷容量快速提升等因素影响，由多个模块化电池储能子系统并联而成的大容量BESS 应运而生。大容量电池系统一般由成千上万个电池单体经串并联而成，且实际充放电过程 中各电池单体性能参数并不一致，导致大容量BESS的电池性能参数（如电压、电流等）及 其充放电特性难W被准确测量、估算，严重制约其大规模开发与应用。因此，建立大容量 BESS模型对其安全运行、控制及其优化设计等均具有重要意义。
[0003]目前，国内外关于大容量BESS建模的研究及专利多集中在小容量BESS或电池单 体方面，其主要建模方法包括电化学模型、分析模型及等效电路模型等，其中等效电路模型 因直观、简单、物理意义明确等优点而被广泛应用于电气工程领域。关于大容量BESS建模 的研究及专利相对较少，多从静态控制角度采用恒功率简化模型来建模，因未考虑电池荷 电状态（SOC)对电池系统性能参数的影响，导致其模型精度有限。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的问题是在于提供一种大容量磯酸铁裡电池储能系统及其建模方法， 解决大容量磯酸铁裡电池储能系统中各电池单体性能参数并不一致而导致其电池性能参 数（如电压、电流等）及充放电特性难W被准确测量、估算的问题，达到准确模拟大容量磯 酸铁裡电池储能系统的充放电工作特性及其性能参数变化的目的。
[0005] 本发明目的是通过W下技术方案来实现：
[0006] 本发明提供一种大容量磯酸铁裡电池储能系统，该系统由N个模块化电池储能子 系统经并联而成，每个模块化电池储能子系统是由功率转换系统和磯酸铁裡电池系统构 成，磯酸铁裡电池系统是由电池单体经m串n并而成的mXn型电池系统；功率转换系统的 主电路是基于IGBT的传统S相桥式电压源变换器。磯酸铁裡电池系统接于功率转换系统 直流母线侧，并通过功率转换系统与外界进行能量交换。
[0007] 一种基大容量磯酸铁裡电池储能系统建模方法如下；在已获得的磯酸铁裡电池 单体等效电路模型及其性能参数基础上，根据串并联电路及大容量电池系统充放电工作特 性，确定各电池单体性能参数与大容量电池系统性能参数的数理关系，建立基于电池荷电 状态的大容量电池系统等效电路模型，再结合基于开关函数的功率转换系统数学模型，来 构建模块化电池储能子系统模型，最后将模块化电池储能子系统经并联扩展而得大容量磯 酸铁裡电池储能系统模型。
[000引所述电池单体等效电路模型为一阶等效电路模型，模型主电路由1 个RC并联电路、受控电压源Uu(SOC)及电池内阻R等组成，其数学表达式为：
【主权项】
1. 本发明公布了一种大容量磷酸铁锂电池储能系统（BESS)，其特征在于该系统由N个 模块化电池储能子系统经并联而成，每个模块化电池储能子系统是由功率转换系统（1)和 磷酸铁锂电池系统（2)构成，功率转换系统（1)主电路是基于IGBT的传统三相桥式电压源 变换器，磷酸铁锂电池系统（2)是由电池单体经》串/?并而成的》X/7型电池系统；磷酸铁 锂电池系统接于功率转换系统直流母线侧，并通过功率转换系统与外界进行能量交换。
2. 根据权利要求1所述的一种大容量磷酸铁锂电池储能系统建模方法，其特征在于所 述建模方法如下：在已获得的磷酸铁锂电池单体等效电路模型及其性能参数基础上，根据 串并联电路及大容量电池系统充放电工作特性，确定各电池单体性能参数与大容量电池系 统性能参数的数理关系，建立基于电池荷电状态（SOC)的大容量电池系统等效电路模型，再 结合基于开关函数的功率转换系统数学模型，来构建模块化电池储能子系统模型，最后将 模块化电池储能子系统经并联扩展来获得大容量磷酸铁锂电池储能系统模型。
3. 根据权利要求2所述的一种大容量磷酸铁锂电池储能系统建模方法，其特征在于所 述的大容量电池系统模型为基于电池荷电状态的大容量磷酸铁锂电池系统等效电路模型， 且为一阶等效电路模型。
4. 根据权利要求2所述的一种大容量磷酸铁锂电池储能系统建模方法， 其特征在于所述的大容量电池系统模型中电池系统的开路端电压计算如下：
其中，MSOC)表示第i个电池单体开路端电压。
5. 根据权利要求2所述的一种大容量磷酸铁锂电池储能系统建模方 法，其特征在于所述的大容量电池系统模型中电池系统的阻抗计算如下：
，其中，Rb(SOC)为电池系统内阻，Rbd(SOC)和 Cbd(SOC)分别为描述电池系统暂态响应特性的电阻、电容。
6. 根据权利要求2所述的一种大容量磷酸铁锂电池储能系统建模方法，其特征在于所 述的大容量电池系统模型中电池系统内阻Rb(SOC)、暂态响应特性电阻及电容的计算分别 如下
其中， R(SOC)为电池单体内阻，Rd(SOC)和Cd(SOC)分别为描述电池单体暂态响应特性的电阻、电 容，三者均与S0C相关。
7. 根据权利要求2所述的一种大容量磷酸铁锂电池储能系统建模方法，其特征在于所 述的建模方法不仅适用于磷酸铁锂电池系统，也可应用于铅酸、镍镉、钛酸锂等其他类型电 池系统。
【专利摘要】本发明公布了一种大容量磷酸铁锂电池储能系统及其建模方法，该电池储能系统是由N个模块化电池储能子系统经并联而成，各储能子系统是由电池系统、功率转换系统组成。所述方法如下：根据已知磷酸铁锂电池单体性能参数，利用串并联电路及电池系统充放电工作特性，确定各电池单体性能参数与大容量电池系统性能参数的数理关系，建立基于电池荷电状态的电池系统模型，再结合功率转换系统模型来构建模块化电池储能子系统模型，最后将储能子系统经并联扩展得大容量磷酸铁锂电池储能系统模型。本发明所建立的储能系统模型能有效地模拟大容量磷酸铁锂电池储能系统的充放电工作特性，所发明的建模方法既可适用于磷酸铁锂电池储能系统，也适用其他类型电池储能系统。
【IPC分类】H02J3-32
【公开号】CN104810844
【申请号】CN201410743583
【发明人】彭思敏, 沈翠凤, 顾春雷, 姚志垒, 阚加荣
【申请人】盐城工学院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年12月8日