一種基于鉛酸電池改進(jìn)型pngv模型的模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于鉛酸電池改進(jìn)型PNGV模型的模擬方法，鉛酸電池作為儲(chǔ)能元件其運(yùn)行特性采用等值電路描述，所述等值電路將兩個(gè)RC并聯(lián)支路進(jìn)行串聯(lián)以代替?zhèn)鹘y(tǒng)PNGV等效模型電路中的單個(gè)RC并聯(lián)電路。采用兩個(gè)RC并聯(lián)支路的改進(jìn)型PNGV模型可以更好地模擬電池短時(shí)充放電時(shí)各運(yùn)行參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化過程。同時(shí)，由于在容量上加以修正，該模型能模擬不同工況下電池容量的變化情況，有助于研究人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)容量過低的電池，并能在不同工況下預(yù)測(cè)電池的循環(huán)壽命。
【專利說明】一種基于鉛酸電池改進(jìn)型PNGV模型的模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于鉛酸電池改進(jìn)型PNGV模型的模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類對(duì)能源需求的日益增長(zhǎng)，開發(fā)利用潔凈可再生新能源成為關(guān)系到人類生存和發(fā)展的重大社會(huì)問題，包括太陽(yáng)能發(fā)電，風(fēng)能發(fā)電，潮汐能發(fā)電，生物能發(fā)電等在內(nèi)的新能源發(fā)電因此受到高度重視和快速發(fā)展。然而新能源發(fā)電的致命弱點(diǎn)在于其輸出功率具有波動(dòng)性和間歇性，從而將導(dǎo)致電網(wǎng)頻率和電壓偏離額定值,對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成一系列不良影響，給電力調(diào)度和發(fā)電計(jì)劃帶來(lái)困難。為了解決以上難題，利用大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)電能富余時(shí)吸收功率，在電網(wǎng)電能缺額時(shí)釋放功率，從而解決電能在時(shí)間和空間上的不一致，達(dá)到充分利用新能源的效果。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)能形式主要有物理儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能等。其中電化學(xué)儲(chǔ)能中的鉛酸電池為目前應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)能電池類型之一。鉛酸電池以其成本低(150?600美元/kWh)、效率高(70%?90%)、可靠性好、自放電率低(2%/月)和技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于電力儲(chǔ)能及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。為了更好地研究鉛酸電池在輔助分布式電源出力方面的應(yīng)用，建立其精確的，適用于電力系統(tǒng)仿真的數(shù)字模型是十分必要的。
[0004]國(guó)內(nèi)外針對(duì)閥控式鉛酸電池(Valve Regulated Lead Acid Battery, VRLA)等效模型的建立主要有電化學(xué)模型，等效電路模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等。其中等效電路模型以其模型含義直觀明了，適用范圍廣且容易建模等優(yōu)點(diǎn)成為發(fā)展最成熟應(yīng)用最廣泛的一類模型?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，鉛酸電池等效電路模型主要有戴維寧模型、PNGV模型、三階模型及基于這三種的改進(jìn)模型。然而這些模型仍存在種種缺陷:有的沒有充分考慮環(huán)境溫度等外部因素對(duì)電池的影響，有的沒有給出電池電壓、SOC各因子之間相互關(guān)系的解析表達(dá)式，有的則不能很好跟蹤電池動(dòng)態(tài)充放電時(shí)的電壓動(dòng)態(tài)變化過程?？紤]到實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中往往要求電池能在短時(shí)間內(nèi)充放電，且環(huán)境溫度、充放電電流和循環(huán)次數(shù)等因素都會(huì)對(duì)電池運(yùn)行特性產(chǎn)生影響。因此，如何結(jié)合應(yīng)用實(shí)際在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，建立滿足電力系統(tǒng)仿真需求的等效模型成為亟待解決的問題。
[0005]Matlab/Simulink是用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模的工具箱，它提供給用戶一個(gè)可視化框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，用戶可根據(jù)需要擴(kuò)展模塊以對(duì)連續(xù)、離散、線性和非線性系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，從而使電力系統(tǒng)的仿真分析簡(jiǎn)單易行。鉛酸電池作為一種性價(jià)比高、技術(shù)成熟的電池在電力儲(chǔ)能及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值，利用Matlab/Simulink工具箱對(duì)其建立一個(gè)全新的、能反映電池充放電時(shí)各種運(yùn)行參數(shù)的變化過程的詳細(xì)仿真模型具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出了一種基于鉛酸電池改進(jìn)型PNGV模型的模擬方法，其目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中鉛酸電池的PNGV模型中沒有考慮電池容量受充放電電流、溫度、循環(huán)次數(shù)和充放電深度等因素的影響，從而導(dǎo)致模型所測(cè)得的電池容量精確度不高，以及不能充分體現(xiàn)電流瞬間變化時(shí)電壓的暫態(tài)變化過程的問題。
[0007]本發(fā)明在傳統(tǒng)PNGV模型的基礎(chǔ)上提出一種改進(jìn)型PNGV模型，使之在考慮更多外界因素影響的條件下，能更好地跟蹤電池短時(shí)充放電時(shí)電壓的暫態(tài)變化過程。
[0008]一種基于鉛酸電池改進(jìn)型PNGV模型的模擬方法，鉛酸電池作為儲(chǔ)能元件的運(yùn)行特性采用等值電路描述，所述等值電路將兩個(gè)RC并聯(lián)支路進(jìn)行串聯(lián)以代替?zhèn)鹘y(tǒng)PNGV等效模型電路中的單個(gè)RC并聯(lián)電路，模擬電流施加瞬間電池電壓的暫態(tài)變化過程。其中，兩個(gè)RC并聯(lián)支路分別為R1C1并聯(lián)支路和R2C2并聯(lián)支路。
[0009]兩個(gè)RC并聯(lián)支路的零狀態(tài)響應(yīng)方程為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于鉛酸電池改進(jìn)型PNGV模型的模擬方法，其特征在于，鉛酸電池作為儲(chǔ)能元件的運(yùn)行特性采用等值電路描述，所述等值電路將兩個(gè)RC并聯(lián)支路進(jìn)行串聯(lián)以代替?zhèn)鹘y(tǒng)PNGV等效模型電路中的單個(gè)RC并聯(lián)電路，模擬電流施加瞬間電池電壓的暫態(tài)變化過程。其中，兩個(gè)RC并聯(lián)支路分別為R1C1并聯(lián)支路和R2C2并聯(lián)支路； 兩個(gè)RC并聯(lián)支路的零狀態(tài)響應(yīng)方程為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于鉛酸電池改進(jìn)型PNGV模型的模擬方法，其特征在于，所述改進(jìn)模型的鉛酸電池的容量采用如下公式進(jìn)行修正:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于鉛酸電池改進(jìn)型PNGV模型的模擬方法，其特征在于，所述基于改進(jìn)模型的鉛酸電池的開路電壓為電池未接負(fù)載時(shí)正負(fù)極的電壓，開路電壓表達(dá)式如下:

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種基于鉛酸電池改進(jìn)型PNGV模型的模擬方法,其特征在于，所述非線性擬合方法為最小二乘擬合方法。設(shè)Xi為實(shí)驗(yàn)測(cè)量值，Yi為由方程確定的仿真值，當(dāng)仿真值與實(shí)測(cè)值誤差的平方和err最小時(shí)，仿真曲線與實(shí)際值達(dá)到最佳逼近，此時(shí)方程中確定的參數(shù)即為最佳參數(shù):err=I: (X1-Yi)20
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK103529399SQ201310518307
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】李欣然, 黃際元, 曹一家, 賀惠民, 吳濤, 李善穎, 張娟, 馬亞輝, 程興婷, 周婷婷, 徐婷婷 申請(qǐng)人:湖南大學(xué), 國(guó)家電網(wǎng)公司, 華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司