技術(shù)壁壘
全釩液流電池儲能系統(tǒng)建模與控制技術(shù)
大規(guī)模電化學(xué)儲能技術(shù)可有效提升電網(wǎng)的安全性和運(yùn)行效能，是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)支撐技術(shù)，對國家實(shí)施能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重大戰(zhàn)略具有*其重要的意義。全釩液流電池具有高安全、長壽命和低成本等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局組織編制的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016—2030年）》中被列為大規(guī)模儲能領(lǐng)域的*技術(shù)。
為了加快培養(yǎng)儲能領(lǐng)域“高精尖缺”人才，教育部、國家發(fā)展和改革委員會和國家能源局三部委聯(lián)合制訂了《儲能技術(shù)專業(yè)學(xué)科發(fā)展行動計劃（2020—2024年）》，為推動我國儲能產(chǎn)業(yè)和能源高質(zhì)量發(fā)展做好引導(dǎo)。
本書圍繞全釩液流電池儲能系統(tǒng)的模型與控制進(jìn)行撰寫，總結(jié)了著作團(tuán)隊的研究成果，參考國內(nèi)相關(guān)研究團(tuán)隊和會議報告的相關(guān)內(nèi)容，共分為9個章節(jié)。第1章介紹大規(guī)模儲能技術(shù)的分類、發(fā)展及應(yīng)用，梳理了全釩液流電池的關(guān)鍵技術(shù)、現(xiàn)有的儲能政策及全釩液流電池的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)。第2章介紹了全釩液流電池的工作原理、化學(xué)反應(yīng)過程、結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)，并給出了市場上常見的全釩液流電池產(chǎn)品及規(guī)格。第3章梳理了全釩液流電池常見的數(shù)學(xué)模型，建立了全釩液流電池的混合模型和狀態(tài)空間方程，推導(dǎo)出電池組的數(shù)學(xué)模型。第4章闡述了全釩液流電池的SOC估計方法，并給出了全釩液流電池儲能系統(tǒng)的估計方案。第5章主要詳細(xì)地給出了全釩液流電池的直流側(cè)接口設(shè)備（雙向DC/DC），建立了雙向DC/DC變換器的模型，并給出了多DC/DC并聯(lián)運(yùn)行的控制策略。第6章建立了全釩液流電池的交流側(cè)接口設(shè)備（PCS）的模型，分析了多PCS并聯(lián)運(yùn)行失穩(wěn)機(jī)理，并提出了多PCS并聯(lián)系統(tǒng)諧振抑制的方法。第7章闡述了全釩液流電池的分層控制，包括就地層的充放電控制及功率協(xié)調(diào)控制。第8章給出了全釩液流電池的工程實(shí)例及液流電池應(yīng)用的一般場景。第9章闡述了其他液流電池儲能技術(shù)。全書將為全釩液流電池儲能系統(tǒng)的建模、控制和應(yīng)用帶來有益參考，具有較好的可讀性和參考價值。
目錄
序
前 言
第1章 液流電池儲能技術(shù)1
1.1 大規(guī)模儲能技術(shù)的分類1
1.1.1 大規(guī)模儲能技術(shù)的簡介2
1.1.2 大規(guī)模儲能技術(shù)的應(yīng)用13
1.2 全釩液流電池的發(fā)展23
1.3 全釩液流電池的應(yīng)用26
1.3.1 應(yīng)用領(lǐng)域26
1.3.2 示范項目27
1.4 全釩液流電池的關(guān)鍵技術(shù)34
1.5 政策法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范35
1.5.1 政策法規(guī)35
1.5.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范41
1.6 本章小結(jié)43
1.7 參考文獻(xiàn)43
第2章 全釩液流電池的原理及結(jié)構(gòu)48
2.1 全釩液流電池工作原理48
2.2 全釩液流電池的結(jié)構(gòu)50
2.2.1 電堆50
2.2.2 電*51
2.2.3 雙*板54
2.2.4 離子交換膜55
2.2.5 電解液57
2.2.6 密封結(jié)構(gòu)60
2.2.7 管路和循環(huán)泵61
2.3 全釩液流電池的存儲結(jié)構(gòu)61
2.4 全釩液流電池的主要參數(shù)64
2.4.1 功率與容量65
2.4.2 電壓與電流65
2.4.3 效率66
2.4.4 循環(huán)壽命66
2.4.5 荷電狀態(tài)66
2.5 全釩液流電池常見的產(chǎn)品及規(guī)格67
2.6 本章小結(jié)72
2.7 參考文獻(xiàn)72
第3章 全釩液流電池的數(shù)學(xué)模型76
3.1 全釩液流電池的建模方法76
3.2 全釩液流電池模型概述77
3.2.1 電化學(xué)模型77
3.2.2 電路模型83
3.2.3 混合模型87
3.3 全釩液流電池混合模型及特性分析88
3.3.1 全釩液流電池混合模型88
3.3.2 特性分析94
3.4 全釩液流電池狀態(tài)空間模型及靈敏度分析99
3.4.1 全釩液流電池的狀態(tài)空間模型99
3.4.2 全釩液流電池的靈敏度分析101
3.5 全釩液流電池組模型112
3.6 本章小結(jié)119
3.7 參考文獻(xiàn)119
第4章 全釩液流電池的SOC估計125
4.1 SOC估計概述125
4.2 基于RLS和EKF算法的全釩液流電池SOC估計127
4.2.1 RLS和EKF算法127
4.2.2 RLS和EKF算法估計SOC的實(shí)驗驗證131
4.3 基于IEKF算法的全釩液流電池SOC估計136
4.3.1 IEKF算法136
4.3.2 IEKF算法估計SOC的實(shí)驗驗證138
4.3.3 IEKF算法估計SOC的收斂性及魯棒性分析139
4.4 基于雙卡爾曼濾波算法的全釩液流電池SOC估計145
4.4.1 雙卡爾曼濾波算法145
4.4.2 雙卡爾曼濾波算法估計SOC的驗證147
4.5 全釩液流電池儲能系統(tǒng)的SOC估計方案149
4.6 本章小結(jié)153
4.7 參考文獻(xiàn)154
第5章 全釩液流電池的直流側(cè)接口及控制156
5.1 雙向DC/DC變換器的分類與拓?fù)?span>157
5.1.1 非隔離型雙向直流變換器157
5.1.2 隔離型雙向直流變換器160
5.1.3 幾種典型雙向直流變換器的比較163
5.2 Buck/Boost變換器164
5.2.1 Buck/Boost變換器工作原理164
5.2.2 Buck/Boost變換器狀態(tài)平均建模165
5.2.3 Buck/Boost變換器靜態(tài)工作點(diǎn)分析167
5.2.4 Buck/Boost變換器小信號分析168
5.2.5 模型驗證169
5.3 雙有源全橋（DAB）雙向DC/DC變換器170
5.3.1 DAB變換器工作原理170
5.3.2 DAB回流功率分析172
5.3.3 改進(jìn)狀態(tài)空間平均建模174
5.3.4 DAB靜態(tài)工作點(diǎn)分析176
5.3.5 DAB小信號分析176
5.3.6 模型驗證177
5.4 多DC/DC并聯(lián)運(yùn)行控制184
5.4.1 多DC/DC并聯(lián)運(yùn)行的儲能系統(tǒng)控制策略185
5.4.2 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析188
5.4.3 仿真驗證與結(jié)果分析197
5.5 本章小結(jié)205
5.6 參考文獻(xiàn)206
第6章 全釩液流電池的交流側(cè)接口及控制207
6.1 儲能變流器（PCS）207
6.1.1 PCS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)208
6.1.2 PCS的數(shù)學(xué)模型208
6.1.3 PCS的雙閉環(huán)控制策略209
6.1.4 仿真分析214
6.2 多PCS并聯(lián)運(yùn)行控制219
6.2.1 PCS并聯(lián)系統(tǒng)失穩(wěn)機(jī)理分析219
6.2.2 PCS并聯(lián)系統(tǒng)諧振抑制方法研究231
6.3 本章小結(jié)240
6.4 參考文獻(xiàn)241
第7章 全釩液流電池儲能系統(tǒng)的分層控制242
7.1 全釩液流電池儲能系統(tǒng)的分層控制結(jié)構(gòu)242
7.2 全釩液流電池的就地充放電控制243
7.2.1 全釩液流電池的充放電方法243
7.2.2 全釩液流電池的充放電控制策略244
7.2.3 全釩液流電池的充放電控制仿真245
7.3 基于P?AWPSO的全釩液流電池儲能系統(tǒng)的功率協(xié)調(diào)控制249
7.3.1 全釩液流電池儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的數(shù)學(xué)模型249
7.3.2 全釩液流電池儲能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制算法253
7.3.3 算例仿真257
7.4 基于模擬退火粒子群算法的全釩液流電池儲能系統(tǒng)的
功率協(xié)調(diào)控制265
7.4.1 模擬退火粒子群算法265
7.4.2 全釩液流電池儲能系統(tǒng)功率分配多目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建268
7.4.3 算例仿真275
7.5 全釩液流電池儲能電站的雙層功率分配技術(shù)282
7.5.1 儲能充放電功率約束283
7.5.2 上層功率優(yōu)化分配284
7.5.3 下層功率動態(tài)均衡288
7.5.4 算例分析290
7.6 本章小結(jié)294
7.7 參考文獻(xiàn)295
第8章 全釩液流電池儲能系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例297
8.1 10MW/40MW ? h全釩液流電池儲能系統(tǒng)設(shè)計297
8.1.1 系統(tǒng)集成設(shè)計297
8.1.2 系統(tǒng)電氣設(shè)計310
8.1.3 儲能集裝箱（方艙）設(shè)計314
8.2 全釩液流電池儲能系統(tǒng)測試平臺318
8.2.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)318
8.2.2 系統(tǒng)硬件平臺319
8.2.3 系統(tǒng)軟件平臺320
8.3 基于Wincc OA的全釩液流電池能量管理系統(tǒng)322
8.3.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)322
8.3.2 系統(tǒng)硬件平臺324
8.3.3 系統(tǒng)軟件平臺325
8.4 光儲一體化系統(tǒng)327
8.4.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)327
8.4.2 系統(tǒng)硬件平臺328
8.4.3 系統(tǒng)軟件平臺330
8.5 不同場景下全釩液流電池儲能系統(tǒng)應(yīng)用模式研究332
8.5.1 光伏場景下應(yīng)用模式332
8.5.2 風(fēng)電場景下應(yīng)用模式337
8.6 本章小結(jié)342
8.7 參考文獻(xiàn)342
第9章 其他液流電池儲能技術(shù)343
9.1 鐵鉻液流電池343
9.1.1 鐵鉻液流電池工作原理343
9.1.2 鐵鉻液流電池特點(diǎn)343
9.1.3 鐵鉻液流電池發(fā)展歷史345
9.1.4 鐵鉻液流電池研究現(xiàn)狀346
9.2 鋅溴液流電池348
9.2.1 鋅溴液流電池工作原理348
9.2.2 鋅溴液流電池特點(diǎn)349
9.2.3 鋅溴液流電池發(fā)展歷史350
9.2.4 鋅溴液流電池研究現(xiàn)狀352
9.3 本章小結(jié)353
9.4 參考文獻(xiàn)353
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