液流电池模拟方法及模拟器技术

本发明专利技术涉及一种液流电池模拟方法及模拟器。模拟方法为依据直流电流和荷电状态得到模拟器直流电压参考值Vref。以Vref为给定值，直流电压为反馈量进行电压外环、电流内环的双闭环反馈控制，使得实际直流电压跟踪Vref，从而动态模拟液流电池外特性。模拟器包括三相电压型PWM整流器、IGBT驱动电路、微处理器和电流电压测量电路，三相电压型PWM整流器的三个交流输入端分别连接可调电抗器后再一起连接三相交流接触器，三相交流接触器通过三相隔离变压器连接三相可调变压器的三个输出端，三相电压型PWM整流器的两个直流输出端之间接有三组切换电路。整个装置结构简单、使用方便、参数灵活可调，方便试验与调试。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大容量储能电池领域以及电力电子
，具体涉及一种液流电池模拟方法及模拟器，用以模拟真实的液流电池的外特性。
技术介绍
液流电池是新型的大容量储能电池，其中使用比较广泛的是全钒氧化液流电池。 全钒液流电池具有蓄电容量大、能够100%深度放电、寿命长等优点，已进入商业应用阶段。 开展全钒氧化液流电池系统特性研究，可以掌握全钒液流电池系统的配置原则、运行模式、 集成评价和应用条件等，为确保全钒液流电池高效、安全、可靠地应用于可再生能源接入和削峰填谷提供有力的技术支撑。目前对液流电池的研究尚处于起步阶段，将液流电池的原型应用于电力系统实验的情况并不常见。这是因为液流电池的成本比较高、对其特性的研究还不够成熟，在实际的电力系统的研究和实验中如果采用真实的液流电池储能设备，会产生较高的实验、维护成本，并且受到安全、场地、环境等因素的影响。因此很有必要研发低成本、参数灵活可调、使用方便的液流电池模拟器，用以模拟真实的液流电池的工作特性，使之能够广泛应用于电力系统的实验与研究中。目前市面上尚没有液流电池模拟器，而已经研发出来的光伏电池模拟器一般是以不控整流电路和DC/DC变换器为拓扑电路，能量无法双向流动，故无法模拟液流电池的外特性，只能用于光伏电池的模拟。同时，大多数传统电池的模拟器单纯的模拟电池电压和电池电流两者之间的关系，很少有考虑到荷电状态SOC对电池外特性的影响。根据已有的研究资料和文献可知，液流电池的外特性主要与其电池电压、电池电流和荷电状态(SOC)有关系，在不同的电池电流和荷电状态(SOC)下，电池电压不同。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种液流电池模拟方法液流电池模拟器，能实现对真实的液流电池的外特性的模拟。一种液流电池模拟方法，具体为(1)设置模拟器的荷电状态SOC初始值和容量C ；(2)实时采集模拟器的直流电压V。，直流电流I。，交流电流IA、IB、IC和交流电压VA、 \、Vc,并依据I0和SOC计算直流电压参考值Vrrf，对IA、IB、Ic作dq解耦变换得到d轴电流 id和q轴电流、，对\、Vb> Vc作dq解耦变换得到d轴电压 和q轴电压e,；(3)以为给定值，V。为反馈量进行电压外环反馈控制，输出d轴电流指令值i/， q轴电流指令值G设置为0;(4)以i/和；为给定值，id和、为反馈量进行电流内环反馈控制，输出电流内环d轴分量&和q轴分量Etl ；(5) Ed, Eq, id、ed和e,经过前馈解耦控制后得到d轴调制电压Vd和q轴调制电压V(6)采用Vd和V,作为调制信号产生脉宽调制波PWM，以控制IGBT的开关状态使得V0 等于 Vref ；(7)依据I。、V0和C更新荷电状态SOC ；(8)重复(2) (7)直到模拟结束。本专利技术提供一种液流电池模拟器，包括三相电压型PWM整流器Hl，三相电压型PWM 整流器的驱动输入端依次连接IGBT驱动电路3、微处理器2和电流电压测量电路1，微处理器2连接人机界面4 ；三相电压型PWM整流器的三个交流输入端分别一对一连接可调电抗器Li、L2、L3后再一起连接三相交流接触器KM，三相交流接触器KM通过三相隔离变压器 TMl连接三相可调变压器TUl的三个输出端，三相电压型PWM整流器的三个交流输入端还分别一对一连接一个电容后再相接；三相电压型PWM整流器的两个直流输出端之间接有三组切换电路，切换电路由一电容和一连接片串接构成。进一步地，所述电流电压测量电路1包括信号处理电路、三个分别连接在可调电抗器Li、L2、L3和三相交流接触器KM之间的交流电流传感器TA1、TA2、TA3，三个分别连接在三相隔离变压器TMl的三个输出端两两之间的交流电压传感器TV1、TV2、TV3，两个串接在三相电压型PWM整流器的一个直流输出端的直流电流传感器TA4、TA5，一个连接在三相电压型PWM整流器的两个直流输出端之间的直流电压传感器TV4。进一步地，还在三相电压型PWM整流器的两个交流输入端之间接有交流电压表 PV1，在三相电压型PWM整流器的两个直流输出端之间接有直流电压表PV2，在三相电压型 PWM整流器的一个直流输出端串接有直流电流表PA1、分流器FLl和直流快速熔断器FU4。进一步地，人机界面4包括输入模块、显示模块、开关模块和指示灯模块。进一步地，信号处理电路包括直流电压处理单元、直流电流处理单元、交流处理采集单元、交流电流处理单元、频率测量单元、相序测量单元、开入开出单元、过流过压保护单兀。进一步地，该模拟器的模拟方法为电压外环、电流内环的双环控制方式。其实现考虑了电池电压、电池电流和荷电状态(SOC)三个因素及它们之间的动态关系。并且可以通过灵活调节模拟器参数来实现不同等级的液流电池的模拟。本专利技术的技术效果体现在三个方面一是目前尚没有液流电池模拟器装置，本专利技术在现有的模拟器的基础上进行创新，以三相电压型PWM整流器作为主拓扑，使得模拟器既可模拟液流电池充电过程也可模拟液流电池放电过程，克服了现有模拟器只能模拟放电过程的不足。二是该模拟器能模拟电池电压、电池电流、荷电状态(SOC)外特性并动态模拟三者之间的相互关系，克服了传统电池模拟器只考虑电池电流和电池电压两者关系的不足。三是本专利技术实用性好、使用范围广，模拟器的参数可以灵活调整和更换。例如通过调节三相可调变压器可以调节三相电压型PWM整流器的两个直流输出端之间的电压范围，使模拟器可以模拟的液流电池电压范围覆盖几十伏到几百伏；调节可调电抗器、改变切换电路可以保证模拟器在输出不同的电压等级时都能有良好的波形效果；通过改变SOC初始值可以模拟不同工作状态的液流电池。附图说明图1为本专利技术的电路示意图；图2为本专利技术的信号处理电路的组成示意图；图3为本专利技术的人机界面的组成示意图；图4为本专利技术的模拟方法流程图；图5为本专利技术的模拟方法控制框图；图6为本专利技术实施例所模拟的工作特性示意图。具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述，但该实施方式不应理解为对本专利技术的限制。本专利技术液流电池模拟方法，具体为(1)设置模拟器的荷电状态SOC初始值和容量C ；荷电状态SOC的初始值可以为0 1之间的某一个数值，设置以后模拟器将以设定的SOC为初始状态开始工作，并且在工作中根据实际工作情况以及容量C不断自动更新 SOC。(2)实时采集模拟器的直流电压V。，直流电流I。，交流电流IA、IB、IC和交流电压VA、 \、Vc,并依据I0和SOC计算直流电压参考值Vrrf，对IA、IB、Ic作dq解耦变换得到d轴电流 id和q轴电流、，对\、Vb> Vc作dq解耦变换得到d轴电压 和q轴电压e,；依据I。和SOC可以通过以下公式权利要求1.一种液流电池模拟方法，具体为(1)设置模拟器的荷电状态SOC初始值和容量C；(2)实时采集模拟器的直流电压V。，直流电流I。，交流电流IA、IB、Ic和交流电压VA、VB、 Vc,并依据I0和SOC计算直流电压参考值Vref，对IA、IB、Ic作dq解耦变换得到d轴电流id 和q轴电流、，对\、Vb> Vc作dq解耦变换得到d轴电压 和q轴电压e,；(3)以VMf为给定值，V。为反馈量进行电压外环反馈控制，输出d轴电流指令值i/，q本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种液流电池模拟方法，具体为：（１）设置模拟器的荷电状态ＳＯＣ初始值和容量Ｃ；（２）实时采集模拟器的直流电压Ｖｏ，直流电流Ｉｏ，交流电流ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ和交流电压ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ，并依据Ｉｏ和ＳＯＣ计算直流电压参考值Ｖｒｅｆ，对ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ作ｄｑ解耦变换得到ｄ轴电流ｉｄ和ｑ轴电流ｉｑ，对ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ作ｄｑ解耦变换得到ｄ轴电压ｅｄ和ｑ轴电压ｅｑ；（３）以Ｖｒｅｆ为给定值，Ｖｏ为反馈量进行电压外环反馈控制，输出ｄ轴电流指令值ｉｄ＊，ｑ轴电流指令值ｉｑ＊设置为０；（４）以ｉｄ＊和ｉｑ＊为给定值，ｉｄ和ｉｑ为反馈量进行电流内环反馈控制，输出电流内环ｄ轴分量Ｅｄ和ｑ轴分量Ｅｑ；（５）Ｅｄ、Ｅｑ、ｉｄ、ｉｑ、ｅｄ和ｅｑ经过前馈解耦控制后得到ｄ轴调制电压Ｖｄ和ｑ轴调制电压Ｖｑ；（６）采用Ｖｄ和Ｖｑ作为调制信号产生脉宽调制波ＰＷＭ，以控制ＩＧＢＴ的开关状态使得Ｖｏ等于Ｖｒｅｆ；（７）依据Ｉｏ、Ｖｏ和Ｃ更新荷电状态ＳＯＣ；（８）重复（２）～（７）直到模拟结束。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆继明，谢俊文，王丹，毛承雄，易杨，易长松，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83