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      构建了适用于电网仿真的全钒液流电池(allvanadium redox flow battery,VRB)模子,研讨了VRBδ芟低车耐馓匦.从外个性等效拟合的情理动身,疏忽VRB零碎的无功功率,提出了VRB储能零碎的等效模子.该模子布局简略,参数少,易于辨识,能够 呐喊 呐喊无效拟合电网在大扰动和延续小扰动景遇下的储能零碎外个性,其上风在于能够 呐喊 呐喊模仿电池储能的着力极限景遇.树立了所提出的VRB等效模子与斟酌配电网参数和无功弥补的传统负荷模子并联的狭义综合负荷模子(Generalized Synthesis Load Model,GSLM),对含VRB储能零碎的配电网狭义综合负荷个性举行辨识建模.算例表白,与传统综合负荷模子比拟,该GSLM能够 呐喊 呐喊更正确描绘含储能零碎的配电网综合负荷个性,VRB在综合负荷中比例越大,这类上风越较着,且模子参数辨识了局存在较好的不变性和综合描绘才能.   关键词全钒液流电池储能零碎;等效模子;参数辨识;狭义综合负荷模子;遗传算法;无功弥补   中图分类号TM 文献标记码A   Abstract This paper constructed a model of VRB (allvanadium redox flow battery),which is suitable for grid simulation.The external characteristics of VRB energy storage system were researched.Then an equivalent model of VRB energy storage system was proposed from the principle of external characteristic equivalent fitting and ignoring the reactive power of the VRB system.This equivalent model has a simple structure, less parameters,and can be identified easily.It can fit the external characteristics of VRB energy storage systems effectively in the case of large disturbance and continuous small disturbance of power system. The advantage is that it can simulate the output limit of the battery energy storage.   A GSLM (Generalized Synthesis Load Model) was established in which the proposed VRB equivalent model is connected in parallel with the traditional load model considering distribution network parameters and reactive power compensation, the generalized synthesis load model multiplied with equivalent model is used to fitting the characteristics of power synthesis load containing the VRB energy storage systems.The examples show that, compared with the traditional integrated load model,the GSLM can precisely describe the integrated load characteristics of the distribution network with energy storage system,the greater the proportion of VRB in the synthesis load,the more obvious this advantage,and the parameter identification results of the model have good stability and comprehensive description ability.   Key wordsallvanadium redox flow battery;equivalent model;parameter identification;generalized synthesis load model;genetic algorithm;reactive compensation   可再生干净能源是智能电网和能源互联网的首要组成局部,而配电零碎的干净能源须与储能零碎结合运转才能餍足大电网保险不变高效的要求.从负荷建模的角度,规模化疏散开发、高压接入的干净能源和储能元件作为综合负荷的首要组成局部,其储能元件的范例、成分和充放电深度等将直接影响负荷模子的研讨了局,在临界景遇下,采纳差别的负荷模子将使仿真盘算论断产生质的转变.在此背景下,电网仿真盘算必需斟酌树立包罗储能零碎的狭义综合负荷模子.而电力零碎盘算中常用的综合负荷模子由感应电动机和新闻负荷ZIP(恒阻抗、恒电流和恒功率的组合)组成,其直接接在高压负荷母线上,本文称为经典负荷模子(Classic Load Model,CLM).现实的配网零碎,用电负荷普通都接在中高压配电母线上,因而CLM可能会放大电动机的作用,从而带来负荷模子的偏差,因而研讨布局愈加平正的含储能零碎的GSLM及参数辨识算法存在严重现实代价和现实意义.   全钒液流电池以其显著利益遭到工业界的宽泛存眷,其存在造价较低,运用寿命可达~年,能深度充放且无需庇护,功率与容量转变灵敏 伶牙俐齿等利益,在大容量储能领域有宽泛使用近景,将其作为储能零碎与干净能源结合运转存在独特上风.海内全钒液流电池已具商业化前提,有关技巧绝对成熟,年,大连物理研讨所完成 MW/ MWh全钒液流电池商业化示范零碎.本文以VRB储能零碎(容量为 kW)对电力零碎综合负荷个性的影响开展研讨.   基于VRB储能零碎,文献-树立了储能电池的四阶新闻模子并对其举行了改良,但布局比拟庞杂,模子触及参数较多,不便于工程仿真.文献树立了超等电容并网二阶模子,并提出了超等电容储能零碎的新闻综合等效模子,但只研讨了综合等效模子对超等电容储能零碎的描绘才能,并未研讨综合负荷模子对配电网零碎总的描绘才能,且未对模子在延续小扰动的景遇下的拟合景遇举行验证.文献经由进程对储能零碎各个组成部别离离建模举行研讨,但不从总体上对储能零碎举行综合等效,故不适用于电力零碎暂态仿真.文献-树立了VRB的交换阻抗模子,模子中运用的参数是恒定值,不斟酌充放电进程中参数的新闻个性,故不克不及很好地描绘VRB的对外等效个性.   基于此,本文以VRB为详细研讨工具,构建了含VRB储能零碎的配电网仿真模子,在并网母线处获得VRB储能零碎的外部 暮气个性;而后从VRB储能零碎的外个性动身构建了VRB储能零碎的简化等效模子,该模子布局简略、参数少、易于辨识.仿真实例表白该模子无论是在电压大扰动景遇下仍是延续小扰动景遇下都能对VRB的外个性有较好的描绘才能,且存在很强的泛化才能.在此基础上,对含有VRB储能零碎的综合负荷举行狭义负荷建模.提出将VRB储能零碎接入到斟酌配电网参数和弥补电容器的传统综合负荷模子(形成完好的GSLM),其布局为感应电动机并联VRB和新闻负荷.研讨表白,GSLM能无效描绘含VRB储能零碎的综合负荷的外个性,且辨识了局要远好于CLM模子,VRB在综合负荷中所占比例越高,这类差异越较着.    VRB模子及其并网零碎仿真   . VRB的事情情理   全钒液流电池是单金属化学电池,由正负电极、电解液、离子隔阂、储液罐等局部组成.电解液由差别价态的钒离子稀硫酸溶液作为正负极活性物资存储于储液罐中,正极电解液中含V/V电对,负极电解液中含V/V电对,两种电解液经由进程离子隔阂离隔.正负极电解液别离贮存在两个差别的储液罐中,事情时经由进程泵供应能源使电解液在储液罐和电池体内中轮回运动,在电极名义产生照应的氧化复原反应,完成能量的排汇开释,其事情情理如图所示.   . VRB的等效电路模子   VRB模子的构建从建模情理动身分为电化学模子和等效电路模子.前者数学方程庞杂,仿真盘算量大速度慢,且建模进程中必要的宏观参数难以猎取.后者能直观反应电池在充放电进程中对外等效个性及各类特征参数的转变进程,难度较前者低.本文采纳近年来备受存眷和宽泛使用的Barote等树立的基于亏蚀假定的改良等效电路模子,模子布局如图所示.   如图所示,用受控电压源Us默示电池的开路电压;电阻Reac、Res默示电池的外部 暮气亏蚀,此中包罗隔阂溶液阻抗、反应能源等效阻抗等,大批使用现实证实,普通认为Reac占外部 暮气亏蚀的%,Res则占%;Rf默示泵损以及附加亏蚀;Ce默示电极间的电容,模仿VRB暂态进程,单节电池的等效电容约为 F;Ub默示电池端电压.   . VRB储能零碎   .. VRB储能零碎的构建   VRB储能零碎由VRB、换流器和滤波器组成.因为VRB入口侧为直流电,故必需先经由DC/AC逆变后才能并网.本文将VRB经双向DC/DC变流器、DC/AC逆变器、LC滤波后接入电网.   双向DC/DC变流器采纳BoostBuck电路,并对其采纳电压外环电流内环的双环把持战略,以完成能量的双向高速运动.DC/AC逆变器采纳功率外环电流内环的双环解耦把持战略,此中,有功功率参考值Pref为输入有功和电网所需有功之差,失掉的偏差经由PI环节后作为电流d轴参考值Idref,普通景遇下,为了使得整个零碎的功率因数保持为,输入电流的q轴参考量Iqref通常配置为,因而在新闻进程中,VRB注入零碎的无功功率近似为.当对VRB举行充电时,把持旌旗灯号让DC/AC逆变器事情于整流形态,同时让双向DC/DC变流器事情于Buck模式,目下Pref.   综上所述,VRB储能零碎的总体把持情理框图如图所示.此中,L、R为滤波电感和电阻.   .. 并网仿真   根据上节情理,本文哄骗Matlab/Simulink构建了如图所示的仿真零碎.在VRB储能零碎并网进程中,测得母线B处的数据可得VRB储能零碎的母线入网点的负荷个性.   图中,配电网的新闻负荷局部用感应电动机来模仿,新闻负荷局部用电阻负载和电感负载的并联来模仿,VRB储能零碎经DC/DC、DC/AC逆变器接入配电网,Lload和Rload模仿配电网的网路参数.    VRB储能零碎的等效描绘   怎样树立描绘VRB储能零碎外个性的等效数学模子以适应电网仿真的模子需求,是研讨斟酌VRB的配电网综合负荷建模的基础.平正的简化模子不仅是正确电力零碎仿真的包管,而且能淘汰仿真的难度.本文从VRB外个性拟合的情理动身,树立VRB储能零碎的等效模子.   . VRB的新闻个性   将第.节中树立的VRB储能零碎接入电网,以此零碎为研讨工具,经由进程对其举行一系列差别程度的电压扰动实行来研讨VRB储能零碎的新闻个性.在VRB充放电进程中,经由进程在电源母线B处(见图)配置三相短路妨碍,使母线电压跌落%~%,丈量失掉VRB储能零碎入网点B处的负荷数据(有功功率、无功功率及母线电压),即失掉暂态进程中VRB储能零碎的新闻个性.以电压跌落%为例,VRB储能零碎的新闻个性曲线如图所示.   由图可知,在母线电压跌落的暂态进程中,VRB储能零碎的无功功率转变幅度极小,其值濒临于,为简化模子,疏忽VRB储能零碎的无功功率,即QVRB.而有功功率PVRB再也不维持恒定,而是呈现较着的新闻进程,新闻恒功率负荷不克不及正确描绘这类暂态个性,必需用狭义的新闻负荷对其举行等效.   . VRB的等效描绘模子   由以上剖析可得,必需树立能正确描绘VRB储能零碎暂态个性的新闻等效模子.深化研讨其暂态个性并结合图可知,电力零碎的电压扰动某种程度上可看作阶跃鼓励旌旗灯号的叠加,而VRB储能零碎的有功输入濒临于一阶惯性零碎的阶跃呼应.因而,在疏忽了VRB储能零碎的无功输入(即QVRB)后,本文用一阶惯性零碎的阶跃呼应来作为VRB储能零碎的等效模子,如式()所示   式中P为VRB储能零碎的初始有功着力,取其额外功率PNVRB,目下模子的稳态最大输入有功功率为PNVRB,因而此模子能够 呐喊 呐喊正确模仿VRB储能零碎的着力极限问题;u为零碎电压的及时无效值;τ为零碎的惯性时间常数;Ku为电压弥补系数;U为零碎电压初始值,取为额外电压UN.   此模子哄骗关于电压的一阶传递函数来默示VRB储能零碎输入的及时有功功率PVRB,模子参数少,布局简略,且易于在电力仿真软件中完成.   . VRB储能零碎等效模子的描绘才能检讨   根据电压扰动程度的差别,可分为大扰动和延续小扰动.在各类差别程度电压扰动下,哄骗遗传算法-能正确快捷辨识模子的参数,进而获得模子的输入呼应,而后将其与VRB储能零碎在相反扰动下的负荷个性比拟,从而验证.节VRB等效模子的无效性.   .. 大扰动验证   以图所示零碎为仿真工具,在无穷大母线B处别离配置三相短路妨碍使母线电压跌落%~%,以VRB储能零碎并网母线B处的电压无效值为模子的鼓励,以母线B处的有功功率曲线为目标呼应曲线.采纳综合改良的遗传算法辨识模子的参数,组数据样本的模子参数辨识了局如表所示.   限于篇幅,给出母线B电压别离跌落%、%时的实测(仿真)呼应及其照应的模子呼应曲线,其拟合后果如图所示.   .. 延续小扰动验证   同理,在母线B处配置延续小扰动使电压呈现延续颠簸,进而验证模子在延续小扰动景遇下的拟合景遇.电压颠簸如图(a)所示,拟合景遇如图(b)所示,辨识了局如表所示.   由图和图可知,暂态进程中,无论是电压大扰动仍是延续小扰动,模子呼应都能够 呐喊 呐喊很好地拟合VRB储能零碎的负荷个性,阐明 顺叙本文提出的VRB等效模子对数据样本的迫临后果很好,存在较强的自描绘才能.表的VRB等效描绘模子的辨识参数以及残差也阐明 顺叙了这一点.以上剖析表白,采纳.节所树立的一阶传递函数模子能够 呐喊 呐喊较好地描绘VRB储能零碎的负荷个性.   表中,Er按式()举行盘算,其巨细反应了拟合后果的优劣程度,Er越小,阐明 顺叙拟合后果越好,反之则越差.   . 模子的泛化才能检讨   将母线B处电压跌落%时辨识所得的模子参数来拟合在电压跌落%鼓励作用下的模子呼应曲线(内插才能验证)和%鼓励作用下的模子呼应曲线(外推才能验证),比拟照应的模子呼应对仿真呼应的拟合程度来验证模子的泛化才能.表为内插、外推呼应残差,图为内插外推才能验证曲线.了局表白,虽然拟合样本与建模样本的电压鼓励幅度相差较大,但模子存在优秀的内插外推才能,即有优秀的泛化才能.   应当指出,负荷模子参数辨识是一个典范的非线性数学计划问题,任何优化算法都不克不及包管模子参数辨识了局的唯一性,故上述模子参数存在必然的疏散性是不可避免的.    含VRB储能零碎的狭义负荷模子布局及   其参数辨识   传统的CLM并未斟酌配电网参数的影响,大批建模现实表白,感应电动机对综合负荷存在很强的说明才能,但大扰动后暂态进程的无功描绘才能较差,为此可在新闻负荷上并联一附加新闻无功弥补设施.文献指出含有储能零碎的狭义负荷模子布局需求在综合负荷模子的虚构母线上添加储能零碎的模子.在储能零碎疏散接入配网的景遇下,大批的储能零碎能够 呐喊 呐喊算作发出负功率的新闻负荷.基于此,本文构建了斟酌配电网参数和无功弥补设施影响的含VRB储能零碎的狭义综合负荷模子.   . GSLM的Y构   斟酌配电网参数、电动机、新闻负荷(ZIP)和电容弥补的含VRB储能零碎的狭义综合负荷模子布局如图所示,与CLM比拟多了配电网参数RDjXD,弥补电容C和VRB储能零碎这项.图中,U为现实负荷母线电压,UL为虚构母线电压,现实负荷母线和虚构母线之间的局部即是等值的配电网阻抗.   假定在正常运转时零碎频次为额外频次,即f pu,XL,因而如下方程中的电抗现实上是电感,数值上就是电抗标幺值,公式中,为和习气一致仍采纳电抗标识来默示.   .. 配电网参数局部   第种负荷程度目下,VRB储能零碎着力所占比例增大,KVRB的现实值为-..此负荷程度下电压跌落%时的拟合后果如图所示.   第种负荷程度目下,VRB储能零碎着力所占比例进一步增大,KVRB的现实值为-..此负荷程度下电压跌落%时的拟合后果如图所示.   从图~图能够 呐喊 呐喊看出,无论是在充电形态仍是放电形态,本文提出的GSLM能够 呐喊 呐喊无效地描绘含VRB储能零碎的配电网综合负荷在差别负荷程度和差别工况下的外个性,且表中的残差也表白其拟合后果很好.   图~图中同时给出了GSLM和CLM两种负荷模子对零碎仿真照应的拟合景遇,由图中曲线对照和表中偏差对照可见,本文提出的含VRB储能零碎的狭义综合负荷模子的仿真了局要远好于传统综合负荷模子,且随着VRB在配电网中所占比例提升,CLM的偏差随之增大,而GSLM的拟合后果一直比拟好.   . 模子的适应性检讨   模子的描绘才能.从图~图可知,和传统综合负荷模子比拟,本文提出的模子能够 呐喊 呐喊更好地拟合仿真数据,由表中的残差值也能够 呐喊 呐喊看出,虽然负荷程度差别,电压扰动差别,但模子的拟合残差都很小.因而,该模子布局对数据样本的迫临后果较好,模子存在优秀的描绘才能,能够 呐喊 呐喊餍足工程仿真的需求.   模子的泛化才能.针对种差别负荷程度,别离尴尬刁难%电压扰动下辨识失掉负荷模子参数来拟合在样本%鼓励作用下的模子呼应曲线(内插才能验证)和%鼓励作用下的模子呼应曲线(外推才能验证),以此来验证模子对差别电压景遇下外推内插才能.限于篇幅,本文只给出放电形态第种负荷程度下的内插外推曲线,如图所示,拟合残差了局如表所示.由图能够 呐喊 呐喊看出,虽然电压扰动幅度相差较大,但是辨识了局对内插、外推样本的呼应都拟合得很好,表中的残差值也表白了这一点.了局表白,该模子的泛化才能较好.   模子的参数不变性剖析.由表的尺度差可看出,除T、XC以外,其余参数的尺度差都比拟小,即每相反范例(同一负荷组合及VRB容量比例)下同名参数对差别电压扰动实行的数值比拟不变,即参数的不变性较好.T、XC的尺度差较大是因为其灵敏度较低.因而模子参数的总体不变性较好.    结 语   本文首先指出VRB储能零碎可用一阶惯性零碎的阶跃呼应来等效描绘,该模子布局简略,参数少,易于辨识,且较其余模子而言,能够 呐喊 呐喊无效模仿VRB储能零碎的着力极限;在此基础上,构建了斟酌配电网参数和无功弥补的含VRB储能零碎的狭义综合负荷模子,对含VRB储能零碎的配电网负荷个性举行辨识建模.经由进程种典范实例下零碎遭到差别扰动强度的仿真建模剖析,证实了这类狭义负荷模子能够 呐喊 呐喊无效描绘含储能零碎的配电网负荷个性,且较传统综合负荷模子存在更好的自描绘才能和泛化才能,VRB储能零碎在综合负荷中比例越高,这类上风越较着,且模子的参数辨识的不变性较好.   参考文献    李欣然,惠金花,钱军,等.风力发电对配网侧负荷建模的影响J.电力零碎自动化,,()-.   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