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峰值削减与电池储能系统

此示例使用:

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此示例说明了如何对电池储能系统 (BESS) 控制器和电池管理系统 (BMS) 进行建模，并提供削峰所需的所有函数。峰值削减和 BESS 操作遵循 IEEE Std 1547-2018 和 IEEE 2030.2.1-2019 标准。

简介

在此示例中，一个平均转换器、一个输出滤波器和相关的控制模型对 BESS 进行建模。BESS 可进行电网形成控制，并从操作员控制室接收功率调度指令。BESS 还接收来自公共耦合点 (PCC) 的功率流量测量值，并根据峰值削减需求切换控制模式。

BESS 控制器的描述

BESS 控制器从控制室操作员处接收指令和设定值，同时从馈线连接的各种来源和负载处接收各类测量值和状态信息。该模型中的 BESS 包括以下函数：

  1. 参考频率生成

  2. 参考电压生成

  3. 从操作员处接收设定点和指令

  4. 更改控制模式。根据 PCC 处的功率流测量结果，BESS 开始进行峰值削减或切换至充电模式。

光伏 (PV) 模型的实现

该模型代表了一个三相并网光伏 (PV) 系统，无需使用中间直流-直流转换器，即可以单位功率因数 (UPF) 注入电力。无变压器配置可仿真漏电流。为了跟踪最大功率点 (MPP)，该示例采用了以下最大功率点跟踪 (MPPT) 技术：

  • 增量电导

  • 扰动与观测

为 BESS 削峰构建模型

模型概述

打开模型 sscv_peak_shaving.slx。

mdl = "sscv_peak_shaving";
open_system(mdl)

变电站子系统将 BESS 和馈线连接到主电网。该子系统由连接断路器、隔离开关和变压器组成，用于将主电网与 BESS 及出线馈线连接。变电站还包含 BESS 控制器和 BMS。

使用 BESS 构建削峰组件

此示例包括以下主要组件：

  1. 变电站

  2. BESS 系统

  3. 电池管理系统 (BMS)

  4. 电池模组

  5. Operator Control Room

变电站

变电站子系统通过连接断路器、隔离开关和变压器，将 BESS 和馈线连接至主电网。变电站还包含 BESS 控制器和 BMS。

BESS 系统

BESS 系统包含：

  1. 电网侧转换器、滤波器、测量及控制装置

  2. 电池管理系统 (BMS)

  3. 电池模组

BESS 转换器将电池模组连接到电网，并控制通过转换器的功率流。BESS 控制器实现削峰函数。

PCC 的功率测量检测到变电站主电网的高负荷，并激活削峰函数。峰值削峰函数将主电网的功率限制在最大额定功率，而 BESS 系统提供其余的电力需求。

电池管理系统 (BMS)

BMS 接收来自电网侧转换器的电源需求请求。BMS 还监控电池模组的荷电状态 (SOC)。在此示例中，BMS 会在电池的 SOC 值高于高 SOC 阈值且电池正在放电时断开电池连接。同样地，BMS 会在电池的 SOC 低于低 SOC 阈值且电池正在充电时断开电池。一旦电池从直流侧断开，交流侧的断路器也会在同一周期内断开。

电池模组

电池模组连接到 BESS 转换器的直流侧。两个电池包串联连接，并在中间点接地。直流断路器可断开电池模组。

Operator Control Room

操作员控制室子系统发送所有设定值和指令。它还绘制了测量值和系统性能分析图。

定义参数并运行仿真

初始化 BESS、电网和 PV 参数。在 MATLAB® 命令行窗口中输入：

run("sscv_peak_shaving_BESS_data.mlx");

初始化电池参数

此示例中的电池模组是使用电池包模型构建器中的对象和函数生成的。有关如何构建电池包的详细信息，请参阅 在 MATLAB 和 Simscape 中构建电池包的简单模型 示例。

run("sscv_peak_shaving_param.m");
Ns=1500/25;
Np=round(150*1000/(59*Ns*25));
load('sscv_peak_shaving_data.mat')

运行仿真

对模型进行仿真。

run("sscv_peak_shaving");

绘制仿真结果

以下图显示：

  1. BESS 的电压和电流。

  2. BESS、光伏系统、负载及主电网的有功功率和无功功率输出。

  3. 负载的电压、电流和功率消耗。

  4. BESS 的状态、放电、充电及 SOC。

该图显示了 BESS 的三相电压和电流输出，以及在峰值削减和 BESS 断开期间的电网电流。

run('sscv_peak_shaving_plot_BESS_VI.m')

该图显示了在 3.0 秒左右开始削峰时测得的值，以及在 4.97 秒时 BESS 断开时的值。BESS 的稳定电压和电流输出验证了良好的峰值削减效果。BESS 的断开是由于系统电量 (SOC) 过低所致。

该图显示了 BESS、光伏系统、主电网及负载的有功功率和无功功率。

run('sscv_peak_shaving_plot_PQ.m')

稳定的有功功率和无功功率输出验证了峰值削减方法的有效性。

该图显示了负载端的电压和电流。

run('sscv_peak_shaving_plot_Load_VI.m')

在峰值削减和 BESS 断开期间，负载电压和负载电流保持稳定。

该图显示了 BESS 的充电、放电、BESS 状态及 SOC。

run('sscv_peak_shaving_plot_BMS_SoC.m')

峰值削减期间的放电状态与因 SOC 过低导致的 BESS 断开情况一致。

AC 侧输出的结果。这还验证了 BMS 功能对 BESS SOC 监控的有效性。

评估系统性能

这些图显示了系统性能的结果和峰值削峰函数的影响。

这些性能指标包括：

  1. 有功功率输出与 BESS 容量配置。

  2. IEEE 1547 -2018：类别 II - 带储能映射的逆变器。

  3. IEEE 2030.2.1-2019 电池能量映射的设计、运行和维护指南。

  4. 削峰函数时间延迟的影响

该图显示了随着 BESS 容量变化，有功功率输出量的变化情况。电网容量和

负载变化保持恒定。

该图显示了按照 IEEE 1547 -2018 标准在该模型中实现的 BESS 系统的指数：类别 II - 配备储能装置的逆变器标准。

该图显示了按照 IEEE 2030.2.1-2019《电池设计、运行和维护指南》在该模型中实现的 BESS 系统运行和维护指数。

该图显示了电网电源超过阈值后峰值削减函数时间延迟的影响。

峰值削峰函数的时间延迟对电网和 BESS 的有功功率过冲的影响更大。

对负载电压和总谐波失真 (THD) 值没有显著影响。

另请参阅

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