[发明专利]一种基于铅酸电池改进型PNGV模型的模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于铅酸电池改进型PNGV模型的模拟方法。

背景技术

随着人类对能源需求的日益增长，开发利用洁净可再生新能源成为关系到人类生存和发展的重大社会问题，包括太阳能发电，风能发电，潮汐能发电，生物能发电等在内的新能源发电因此受到高度重视和快速发展。然而新能源发电的致命弱点在于其输出功率具有波动性和间歇性，从而将导致电网频率和电压偏离额定值，对电网电能质量造成一系列不良影响，给电力调度和发电计划带来困难。为了解决以上难题，利用大规模储能技术在电网电能富余时吸收功率，在电网电能缺额时释放功率，从而解决电能在时间和空间上的不一致，达到充分利用新能源的效果。

目前国内外应用最广泛的储能形式主要有物理储能、电磁储能和电化学储能等。其中电化学储能中的铅酸电池为目前应用最广泛的储能电池类型之一。铅酸电池以其成本低(150～600美元/kWh)、效率高(70%～90%)、可靠性好、自放电率低(2%/月)和技术成熟等优点广泛应用于电力储能及电动汽车等领域。为了更好地研究铅酸电池在辅助分布式电源出力方面的应用，建立其精确的，适用于电力系统仿真的数字模型是十分必要的。

国内外针对阀控式铅酸电池(Valve Regulated Lead Acid Battery,VRLA）等效模型的建立主要有电化学模型，等效电路模型和神经网络模型等。其中等效电路模型以其模型含义直观明了，适用范围广且容易建模等优点成为发展最成熟应用最广泛的一类模型。总结国内外文献，铅酸电池等效电路模型主要有戴维宁模型、PNGV模型、三阶模型及基于这三种的改进模型。然而这些模型仍存在种种缺陷：有的没有充分考虑环境温度等外部因素对电池的影响，有的没有给出电池电压、SOC各因子之间相互关系的解析表达式，有的则不能很好跟踪电池动态充放电时的电压动态变化过程。考虑到实际应用领域中往往要求电池能在短时间内充放电，且环境温度、充放电电流和循环次数等因素都会对电池运行特性产生影响。因此，如何结合应用实际在现有模型的基础上加以改进，建立满足电力系统仿真需求的等效模型成为亟待解决的问题。

Matlab/Simulink是用来对动态系统进行仿真建模的工具箱，它提供给用户一个可视化框图设计环境，用户可根据需要扩展模块以对连续、离散、线性和非线性系统进行仿真建模，从而使电力系统的仿真分析简单易行。铅酸电池作为一种性价比高、技术成熟的电池在电力储能及电动汽车等领域有着广泛的应用价值，利用Matlab/Simulink工具箱对其建立一个全新的、能反映电池充放电时各种运行参数的变化过程的详细仿真模型具有重要的现实意义。

发明内容

本发明提出了一种基于铅酸电池改进型PNGV模型的模拟方法，其目的在于克服现有技术中铅酸电池的PNGV模型中没有考虑电池容量受充放电电流、温度、循环次数和充放电深度等因素的影响，从而导致模型所测得的电池容量精确度不高，以及不能充分体现电流瞬间变化时电压的暂态变化过程的问题。

本发明在传统PNGV模型的基础上提出一种改进型PNGV模型，使之在考虑更多外界因素影响的条件下，能更好地跟踪电池短时充放电时电压的暂态变化过程。

一种基于铅酸电池改进型PNGV模型的模拟方法，铅酸电池作为储能元件的运行特性采用等值电路描述，所述等值电路将两个RC并联支路进行串联以代替传统PNGV等效模型电路中的单个RC并联电路，模拟电流施加瞬间电池电压的暂态变化过程。其中，两个RC并联支路分别为R₁C₁并联支路和R₂C₂并联支路。

两个RC并联支路的零状态响应方程为：