混合儲能系統的動態回響特性與功率分配控制策略研究

《混合儲能系統的動態回響特性與功率分配控制策略研究》是依託大連理工大學,由張莉擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：混合儲能系統的動態回響特性與功率分配控制策略研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張莉

項目摘要

儲能技術是未來能源結構轉變和電力生產消費方式變革的戰略性支撐技術，它可以解決新能源發電的不穩定性，緩解高峰負荷的供電需求，提高電能利用率和電網的運行效率。但是大規模儲能併網技術還有很多關鍵問題亟待突破。本項目以蓄電池和超級電容器組成的混合儲能系統為研究對象，通過研究混合儲能系統的SOC估算及其智慧型控制方法，深入探討基於SOC的充放電控制策略，解決儲能系統的循環壽命和高效管理問題；進一步研究儲能系統的動態回響特性，揭示儲能系統在不同功率需求下的動態回響規律，探討基於時變的功率分配控制方法，實現能量的高效轉換和利用；通過分析儲能系統循環充放電後的熱行為變化規律，深入研究儲能系統的熱-電耦合性能，解決系統的穩定性和安全性問題。為攻克儲能技術的高效、安全、長壽命和低成本的基礎科學問題掃清障礙。

結題摘要

新能源已成為未來能源戰略的重要發展方向，但是新能源具有分散性和間歇性，使之難以大規模併網。儲能技術是解決上述問題的重要途徑，因此儲能系統的高效利用、有序控制和安全可靠性是系統運行的重要保證。提出了一種基於卡爾曼濾波算法的混合儲能系統荷電狀態估算方法。在同一平台下建立蓄電池和超級電容器的等效電路模型，通過引入平均值插入法對模型參數進行線上辨識，利用多元化統一方法結合卡爾曼濾波算法對荷電狀態進行預估算；並在此基礎上進一步利用擴展卡爾曼濾波的修正功能，引入電流等效係數ki、健康狀態修正係數kl和溫度補償係數kT，對SOC初始值進行修正，從而提高超級電容器SOC估算的精度。該方法可為儲能系統的能量高效管理和充放電控制策略提供理論依據。通常母線電壓的波動會使蓄電池頻繁的充放電，這將對蓄電池的壽命和安全性影響較大。針對上述問題，本項目提出一種基於SOC估算的電壓分層控制策略，根據母線電壓和蓄電池的SOC確定儲能系統的工作模式，實現儲能系統充放電的高效管理。為了提高儲能系統能量利用率，提出了一種超級電容器串並聯切換控制方法，採用並聯充電和串聯方電的模式，使能量利用率達到98.3%。通過搭建老化實驗平台，研究儲能系統在不同工況下充放電的動態回響特性，揭示其加速老化變化規律。為此提出一種基於支持向量機（SVM）的回歸預測方法，首先建立了支持向量機的回歸預測模型，然後採用粒子群最佳化算法進一步最佳化SVM預測模型的參數，從而提高超級電容器老化趨勢的預測精度。結果表明預測值與實驗值基本吻合，均方根誤差小於0.046，因此準確預測儲能元件的老化趨勢，對於儲能系統的安全使用和可靠性評估都具有重要的意義。提出了一種基於混合儲能的系統功率分配控制策略，由超級電容器發揮功率密度高的特點，來提供瞬時功率，平抑儲能系統功率的高頻分量；由蓄電池發揮儲能密度高的特點提供平均功率，來維持母線電壓穩定。解釋了工作溫度對超級電容器電容性能和阻抗性能的影響規律，闡述了蓄電池因熱失控而產生的熱積累效應，該理論可以為儲能系統的熱管理提供指導。