适用于故障特性分析的锂离子电池储能电磁暂态建模方法.pdfVIP

第 47 卷 第 7 期 2023 年 4 月 10 日 Vol . 47 No . 7 Apr . 10 ,2023 DOI ： 10. 7500/AEPS20220315009 适用于故障特性分析的锂离子电池储能电磁暂态建模方法 1 ，2 1 1 3 张家琪 ，刘朋印 ，谢小荣 ，杨国生 （1. 清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 100084 ；2 . 国家电网有限公司，北京市 100031 ； 3 . 中国电力科学研究院有限公司，北京市 100192 ） 摘要 ：为促进新能源的消纳利用，锂离子电池储能系统（LiBESS ）在电网中得到了广泛应用，进一 步导致电网故障特征更加复杂。为此，提出一种LiBESS 电磁暂态建模方法。在分析故障特征的 基础上，建立了功率变流器系统（PCS ）模型和兼顾电池外特性、荷电状态的锂离子电池模型。PCS 控制策略引入了故障穿越控制环和负序控制环，实现了故障穿越并消除了直流母线电压波动。此 外，通过机理分析和仿真验证明确了LiBESS 在不同充放电模式下的故障特性差异。最后，基于 PSCAD/EMTDC 的电磁暂态仿真和基于实时数字仿真器的硬件在环测试验证了所提建模方法的 有效性。 关键词 ：锂离子电池储能系统；功率变流器系统；电磁暂态建模；故障穿越；负序控制 0 引言 内外学者已开展了大量工作。文献［9 ］研究了直流 微电网中储能的故障阻抗特性，指出传统保护在储 风电、光伏出力的波动性和随机性给电力系统 能出口故障时可能拒动。文献［10 ］分析了锂离子电 的安全稳定运行和电能质量带来了不利影响，极大 ［1-2 ］ 池电流在直流母线故障、交流电网故障条件下的电 地限制了新能源的消纳利用 。电化学储能，尤其 磁暂态特性 ，并研究了荷电状态（state of charge ， 是锂离子电池储能系统（lithium-ion battery energy SOC ）、变流器控制模式对故障电流特性的影响。 storage system ，LiBESS ），具有响应速度快、能量双 文献［11-12 ］通过分析直流母线电流、并网点电流的 ［3-4 ］ 向流动等优势 ，能够在平抑风光波动、跟踪出力 故障特性给出了保护配置方案，并在不同故障类型/ ［5-7 ］ 和调峰调频等场景中发挥重要作用 。目前，新能 位置、充/放电模式和变流器交换功率下验证了保护 源电站同步配置电化学储能已成为业界共识，如中 性能。然而，上述文献中的LiBESS 在故障期间仍 国张家口国家风光储示范工程同步配置300~ 采用与正常并网运行期间一致的控制策略，忽略了 500 MW 风电、100 MW 光伏和110 MW 储能。然 LiBESS 在正常并网、故障期间的运行特性差异。 而，锂离子电池、电力电子器件的引入导致系统在故 例如，文献［13 ］指出不对称故障期间，设备可能会因 障发生、持续、清除全过程的电磁暂态特性变得更加