專利名稱：液流電池模擬方法及模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大容量儲能電池領(lǐng)域以及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液流電池模擬方法及模擬器，用以模擬真實的液流電池的外特性。
背景技術(shù)：
液流電池是新型的大容量儲能電池，其中使用比較廣泛的是全釩氧化液流電池。 全釩液流電池具有蓄電容量大、能夠100%深度放電、壽命長等優(yōu)點，已進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段。 開展全釩氧化液流電池系統(tǒng)特性研究，可以掌握全釩液流電池系統(tǒng)的配置原則、運(yùn)行模式、 集成評價和應(yīng)用條件等，為確保全釩液流電池高效、安全、可靠地應(yīng)用于可再生能源接入和削峰填谷提供有力的技術(shù)支撐。目前對液流電池的研究尚處于起步階段，將液流電池的原型應(yīng)用于電力系統(tǒng)實驗的情況并不常見。這是因為液流電池的成本比較高、對其特性的研究還不夠成熟，在實際的電力系統(tǒng)的研究和實驗中如果采用真實的液流電池儲能設(shè)備，會產(chǎn)生較高的實驗、維護(hù)成本，并且受到安全、場地、環(huán)境等因素的影響。因此很有必要研發(fā)低成本、參數(shù)靈活可調(diào)、使用方便的液流電池模擬器，用以模擬真實的液流電池的工作特性，使之能夠廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的實驗與研究中。目前市面上尚沒有液流電池模擬器，而已經(jīng)研發(fā)出來的光伏電池模擬器一般是以不控整流電路和DC/DC變換器為拓?fù)潆娐?，能量無法雙向流動，故無法模擬液流電池的外特性，只能用于光伏電池的模擬。同時，大多數(shù)傳統(tǒng)電池的模擬器單純的模擬電池電壓和電池電流兩者之間的關(guān)系，很少有考慮到荷電狀態(tài)SOC對電池外特性的影響。根據(jù)已有的研究資料和文獻(xiàn)可知，液流電池的外特性主要與其電池電壓、電池電流和荷電狀態(tài)(SOC)有關(guān)系，在不同的電池電流和荷電狀態(tài)(SOC)下，電池電壓不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種液流電池模擬方法液流電池模擬器，能實現(xiàn)對真實的液流電池的外特性的模擬。一種液流電池模擬方法，具體為(1)設(shè)置模擬器的荷電狀態(tài)SOC初始值和容量C ；(2)實時采集模擬器的直流電壓V。，直流電流I。，交流電流IA、IB、IC和交流電壓VA、 \、Vc,并依據(jù)I0和SOC計算直流電壓參考值Vrrf，對IA、IB、Ic作dq解耦變換得到d軸電流 id和q軸電流、，對\、Vb> Vc作dq解耦變換得到d軸電壓 和q軸電壓e,；(3)以為給定值，V。為反饋量進(jìn)行電壓外環(huán)反饋控制，輸出d軸電流指令值i/， q軸電流指令值G設(shè)置為0;(4)以i/和；為給定值，id和、為反饋量進(jìn)行電流內(nèi)環(huán)反饋控制，輸出電流內(nèi)環(huán)d軸分量&和q軸分量Etl ；(5) Ed, Eq, id、ed和e,經(jīng)過前饋解耦控制后得到d軸調(diào)制電壓Vd和q軸調(diào)制電壓V(6)采用Vd和V,作為調(diào)制信號產(chǎn)生脈寬調(diào)制波PWM，以控制IGBT的開關(guān)狀態(tài)使得
V0 等于 Vref ；(7)依據(jù)I。、V0和C更新荷電狀態(tài)SOC ；(8)重復(fù)(2) (7)直到模擬結(jié)束。本發(fā)明提供一種液流電池模擬器，包括三相電壓型PWM整流器Hl，三相電壓型PWM 整流器的驅(qū)動輸入端依次連接IGBT驅(qū)動電路3、微處理器2和電流電壓測量電路1，微處理器2連接人機(jī)界面4 ；三相電壓型PWM整流器的三個交流輸入端分別一對一連接可調(diào)電抗器Li、L2、L3后再一起連接三相交流接觸器KM，三相交流接觸器KM通過三相隔離變壓器 TMl連接三相可調(diào)變壓器TUl的三個輸出端，三相電壓型PWM整流器的三個交流輸入端還分別一對一連接一個電容后再相接；三相電壓型PWM整流器的兩個直流輸出端之間接有三組切換電路，切換電路由一電容和一連接片串接構(gòu)成。進(jìn)一步地，所述電流電壓測量電路1包括信號處理電路、三個分別連接在可調(diào)電抗器Li、L2、L3和三相交流接觸器KM之間的交流電流傳感器TA1、TA2、TA3，三個分別連接在三相隔離變壓器TMl的三個輸出端兩兩之間的交流電壓傳感器TV1、TV2、TV3，兩個串接在三相電壓型PWM整流器的一個直流輸出端的直流電流傳感器TA4、TA5，一個連接在三相電壓型PWM整流器的兩個直流輸出端之間的直流電壓傳感器TV4。進(jìn)一步地，還在三相電壓型PWM整流器的兩個交流輸入端之間接有交流電壓表 PV1，在三相電壓型PWM整流器的兩個直流輸出端之間接有直流電壓表PV2，在三相電壓型 PWM整流器的一個直流輸出端串接有直流電流表PA1、分流器FLl和直流快速熔斷器FU4。進(jìn)一步地，人機(jī)界面4包括輸入模塊、顯示模塊、開關(guān)模塊和指示燈模塊。進(jìn)一步地，信號處理電路包括直流電壓處理單元、直流電流處理單元、交流處理采集單元、交流電流處理單元、頻率測量單元、相序測量單元、開入開出單元、過流過壓保護(hù)單兀。進(jìn)一步地，該模擬器的模擬方法為電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制方式。其實現(xiàn)考慮了電池電壓、電池電流和荷電狀態(tài)(SOC)三個因素及它們之間的動態(tài)關(guān)系。并且可以通過靈活調(diào)節(jié)模擬器參數(shù)來實現(xiàn)不同等級的液流電池的模擬。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在三個方面一是目前尚沒有液流電池模擬器裝置，本發(fā)明在現(xiàn)有的模擬器的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，以三相電壓型PWM整流器作為主拓?fù)洌沟媚M器既可模擬液流電池充電過程也可模擬液流電池放電過程，克服了現(xiàn)有模擬器只能模擬放電過程的不足。二是該模擬器能模擬電池電壓、電池電流、荷電狀態(tài)(SOC)外特性并動態(tài)模擬三者之間的相互關(guān)系，克服了傳統(tǒng)電池模擬器只考慮電池電流和電池電壓兩者關(guān)系的不足。三是本發(fā)明實用性好、使用范圍廣，模擬器的參數(shù)可以靈活調(diào)整和更換。例如通過調(diào)節(jié)三相可調(diào)變壓器可以調(diào)節(jié)三相電壓型PWM整流器的兩個直流輸出端之間的電壓范圍，使模擬器可以模擬的液流電池電壓范圍覆蓋幾十伏到幾百伏；調(diào)節(jié)可調(diào)電抗器、改變切換電路可以保證模擬器在輸出不同的電壓等級時都能有良好的波形效果；通過改變SOC初始值可以模擬不同工作狀態(tài)的液流電池。


圖1為本發(fā)明的電路示意圖；圖2為本發(fā)明的信號處理電路的組成示意圖；圖3為本發(fā)明的人機(jī)界面的組成示意圖；圖4為本發(fā)明的模擬方法流程圖；圖5為本發(fā)明的模擬方法控制框圖；圖6為本發(fā)明實施例所模擬的工作特性示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但該實施方式不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明液流電池模擬方法，具體為(1)設(shè)置模擬器的荷電狀態(tài)SOC初始值和容量C ；荷電狀態(tài)SOC的初始值可以為0 1之間的某一個數(shù)值，設(shè)置以后模擬器將以設(shè)定的SOC為初始狀態(tài)開始工作，并且在工作中根據(jù)實際工作情況以及容量C不斷自動更新 SOC。(2)實時采集模擬器的直流電壓V。，直流電流I。，交流電流IA、IB、IC和交流電壓VA、 \、Vc,并依據(jù)I0和SOC計算直流電壓參考值Vrrf，對IA、IB、Ic作dq解耦變換得到d軸電流 id和q軸電流、，對\、Vb> Vc作dq解耦變換得到d軸電壓 和q軸電壓e,；依據(jù)I。和SOC可以通過以下公式
權(quán)利要求
1.一種液流電池模擬方法，具體為(1)設(shè)置模擬器的荷電狀態(tài)SOC初始值和容量C；(2)實時采集模擬器的直流電壓V。，直流電流I。，交流電流IA、IB、Ic和交流電壓VA、VB、 Vc,并依據(jù)I0和SOC計算直流電壓參考值Vref，對IA、IB、Ic作dq解耦變換得到d軸電流id 和q軸電流、，對\、Vb> Vc作dq解耦變換得到d軸電壓 和q軸電壓e,；(3)以VMf為給定值，V。為反饋量進(jìn)行電壓外環(huán)反饋控制，輸出d軸電流指令值i/，q 軸電流指令值設(shè)置為0;(4)以i/和為給定值，id和i,為反饋量進(jìn)行電流內(nèi)環(huán)反饋控制，輸出電流內(nèi)環(huán)d軸分量&和q軸分量Etl ；(SWpEpid、、、^和e,經(jīng)過前饋解耦控制后得到d軸調(diào)制電壓Vd和q軸調(diào)制電壓\ ；(6)采用Vd和\作為調(diào)制信號產(chǎn)生脈寬調(diào)制波PWM，以控制IGBT的開關(guān)狀態(tài)使得V。等 * Vref ；(7)依據(jù)I。、V0和C更新荷電狀態(tài)SOC；(8)重復(fù)(2) (7)直到模擬結(jié)束。
2.實現(xiàn)權(quán)利要求1所述液流電池模擬方法的液流電池模擬器，包括三相電壓型PWM整流器(Hl)，其特征在于，三相電壓型PWM整流器的驅(qū)動輸入端依次連接IGBT驅(qū)動電路(3)、 微處理器( 和電流電壓測量電路(1)，微處理器( 連接人機(jī)界面(4)；三相電壓型PWM整流器的三個交流輸入端分別一對一連接可調(diào)電抗器(L1、L2、U)后再一起連接三相交流接觸器(KM)，三相交流接觸器(KM)通過三相隔離變壓器(TMl)連接三相可調(diào)變壓器(TUl)的三個輸出端，三相電壓型PWM整流器的三個交流輸入端分別一對一連接一電容后再相接； 三相電壓型PWM整流器的兩個直流輸出端之間接有三組切換電路，切換電路由一電容和一連接片串接構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液流電池模擬器，其特征在于，所述電流電壓測量電路(1)包括信號處理電路、三個分別連接在可調(diào)電抗器(L1、L2、L3)和三相交流接觸器(KM)之間的交流電流傳感器(TA1、TA2、Τ?。?)、三個分別連接在三相隔離變壓器(TMl)的三個輸出端兩兩之間的交流電壓傳感器(TV1、TV2、 Τ3)、兩個串接在三相電壓型PWM整流器的一個直流輸出端的直流電流傳感器(TA4、TA5)、一個連接在三相電壓型PWM整流器的兩個直流輸出端之間的直流電壓傳感器(TV4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的液流電池模擬器，其特征在于，還在三相電壓型PWM整流器的兩個交流輸入端之間接有一個交流電壓表(PVl)，在三相電壓型PWM整流器的兩個直流輸出端之間接有直流電壓表(PV2)，在三相電壓型PWM整流器的一個直流輸出端串接有直流電流表(PAl)、分流器(FLl)和直流快速熔斷器(FU4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液流電池模擬方法及模擬器。模擬方法為依據(jù)直流電流和荷電狀態(tài)得到模擬器直流電壓參考值Vref。以Vref為給定值，直流電壓為反饋量進(jìn)行電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)反饋控制，使得實際直流電壓跟蹤Vref，從而動態(tài)模擬液流電池外特性。模擬器包括三相電壓型PWM整流器、IGBT驅(qū)動電路、微處理器和電流電壓測量電路，三相電壓型PWM整流器的三個交流輸入端分別連接可調(diào)電抗器后再一起連接三相交流接觸器，三相交流接觸器通過三相隔離變壓器連接三相可調(diào)變壓器的三個輸出端，三相電壓型PWM整流器的兩個直流輸出端之間接有三組切換電路。整個裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、參數(shù)靈活可調(diào)，方便試驗與調(diào)試。
文檔編號H01M8/04GK102290587SQ20111020724
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者易楊, 易長松, 毛承雄, 王丹, 謝俊文, 陸繼明 申請人:華中科技大學(xué)