液冷式锂电池储能系统高倍率调频应用研究

针对风光能源规模化接入电网造成的频率波动问题,提出了结合功率型锂电池及液冷式热管理的储能系统。基于实验测试获取了功率型锂电池的电热特性,结果表明高倍率工况下仅依靠自然对流散热不能满足电池合理工作温度需求。建立了液冷式热管理系统及其仿真模型,并通过数值仿真对4C倍率放电、不同流量以及实际AGC调频工况条件下系统热管理性能及电池热行为进行了分析。研究表明实际AGC调频工况下,电池间温差小于2℃,最高温度小于33℃,证明了液冷式热管理方案能够实现储能系统在高倍率调频工况下的长期稳定运行。

韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考

安全性是锂离子电池储能系统的重要议题,探究锂电池储能系统安全事故成因,开展储能系统安全状态的评价与早期预警及事故风险的管控与防护等研究具有重要意义。本文立足于韩国公开的其国内近期发生的锂电储能系统安全事故调查报告,对电池本体、外部激源、运行环境及管理系统等引致安全事故的因素进行了分析,梳理了四类因素作用下电池及系统安全事故的触发及演化规律,探讨了四类因素间的相互影响机制,总结经验教训的同时提出了锂电储能系统安全管理的发展方向。

特高压柔性直流阀组投入过程中混合型MMC启动充电策略

在基于两个阀组串联构成一极的特高压柔性直流输电系统主接线方案中,为了实现混合型模块化多电平换流器(MMC)阀组的在线投入并简化其操作流程,混合型MMC需具备在直流侧短接情况下完成启动充电的能力。首先分析了直流侧短接时混合型MMC在不控充电阶段的工作原理,发现该阶段所有半桥子模块始终处于旁路状态,其自取能电源无法启动。为解决这一问题,提出了一种基于负向电流支路部分子模块切出的可控充电控制策略。该方法不仅可保证半桥子模块电容能够串入回路中进行充电,而且可维持子模块间的电压均衡,并最终将其电容充电到额定电压附近。最后,在仿真模型以及实验样机上验证了所提策略的有效性以及性能分析的正确性。

单级式单相逆变器及其低频输入电流纹波抑制

单相逆变器的瞬时输出功率中包含二倍频脉动功率,使得直流侧输入电流中存在大量低频谐波成分。研究了一种电流源型单级式单相逆变电路。基于开关管复用技术,该电路可以在较少的开关器件数量下,同时实现直交功率变换以及低频输入电流纹波抑制的功能。首先分析了该单级式单相逆变电路与常规两级式逆变电路在低频电流纹波传导以及电路模型上的等效性,基于以上分析提出一种控制策略,实现对单级式变换器的直流输入以及交流输出端口特性的同时控制;通过对照性研究,揭示了单级式和两级式逆变电路在器件额定上的相似性;最后通过仿真以及实验验证了控制算法的有效性和性能分析的正确性。

风电机组变流器对海上风电场可靠性的影响

风电变流器(wind power converter,WPC)是风电转换系统的关键部件,承担着风机功率变换和并网的重要功能。WPC故障会造成整个风电机组停运,其可靠性高低对风电转换系统乃至整个风电场的可靠性都有较大影响。由于海上风电场运行环境恶劣,故障元件的维修与更换困难,WPC对海上风电场整体可靠性的影响也更为严重。基于WPC的故障机理,建立了计及WPC故障的海上风电场风电转换系统可靠性模型。基于该模型,进一步考虑风机尾流效应和风电场集电系统的故障,对海上风电场进行了可靠性评估,研究了WPC故障对海上风电场整体可靠性的影响,并对影响变流器和海上风电场可靠性的主要因素进行了灵敏度分析。算例结果表明,风电机组变流器故障对海上风电场整体可靠性的影响较大,在计及变流器故障的影响后,海上风电场的容量因子将显著降低。

退役LiFePO4动力电池模块电热特性

为提高电动汽车退役动力电池在其全寿命周期内的利用价值,降低电池的使用成本,缓解环境污染,退役电池梯次利用具有十分重要的意义。考虑电动汽车退役磷酸铁锂(LiFePO4)电池模组应用于电网储能场景,实验研究了退役电池模块的容量,充放电性能以及温度特性,同时为了最大限度地保证退役电池模块在充放电过程中的一致性,采用主动均衡,并对有/无均衡电池模组的放电电量、电压和温度进行对比研究。结果表明,将电池模块控制在一定的荷电状态(SOC)范围内进行充放电,可以提高电池模组整体的电热性能,延长退役电池模组的寿命,有效防止电池模块过充、过放以及热失控的发生。

LLC谐振变换器电流等效简化模型

虽然LLC谐振变换器可以通过软开关方式降低工作损耗,但随着电池储能和电动汽车充电等应用需求的提高,以及碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带器件技术的发展,对LLC谐振变换器的工作效率、功率密度以及参数优化和成本提出了更高的要求。通过LLC谐振变换器工作模式的分析,从对损耗影响的角度,筛选出谐振电流最大的工况。通过对谐振电流波形的详细分析和推导,得到电流的等效简化模型。仿真和实验结果表明,相比传统的基波等效法,等效简化模型的误差更小,与时域仿真法相比,计算过程更加简单。

NCA三元锂离子电池分荷电状态循环的热特性和容量衰退研究

层状三元材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)具有高能量密度和高比容量,在电动汽车领域占据重要地位.但是较差的容量保持率和热安全问题限制了其应用.本文研究了18650型NCA/graphite(2.4 Ah)锂电池分区间循环容量衰退机理和热行为.所考虑的荷电状态(state of charge,SOC)区间有0%~20%(低)、20%~70%(中)、70%~100%(高)及0%~100%(全)四个区间.为了获得电池在不同SOC区间循环后衰减状况,以100个循环为一个周期,每个循环周期结束后,在25℃下测试四个电池的基础特性,包括容量、容量增量(incremental capacity,IC)、电阻及电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS),同时监测电池放电时的温度来讨论电池不同区间循环后的热行为.测试结果表明,电池在全区间循环会降低电池寿命,而在非全区间循环的电池都能一定程度上减缓电池衰老的速度.另外,全区间循环热特性最差而中端循环则表现出较好的热性能,对容量增量曲线分析发现,在高中低区间的性能衰退的主要原因是活性锂离子的损失,而在全区间还包括活性材料的损失和反应内阻的增大.

锂离子电池储能系统BMS的功能安全分析与设计

近两年,中国储能产业迎来爆发式增长。相较于其他储能技术,由于生产技术的快速进步、制造成本的逐步下降等因素,锂离子电池具备更显著的竞争力,在储能领域的市场渗透率越来越高。作为对电池进行监控和管理的电子装置,电池管理系统(battery management system,BMS)是储能系统的核心部件之一,其功能安全关系到整个锂离子储能电站的安全稳定运行。为了正确高效地实现储能系统的电池管理系统功能安全设计和验证,针对锂电池储能系统BMS的产品特点,本工作从系统的危险识别和风险分析、整体安全要求确定和安全功能分配、安全完整性实现及验证3个主要分析步骤,参照IEC 61508、IEC 60730-1等相关参考标准梳理了电池储能系统BMS功能安全的分析与设计过程。分析结果表明,选择失效模式影响和诊断分析(FMEDA)以及风险矩阵法(RM),可靠性框图法(RBD),适合于储能系统电池管理系统BMS的功能安全分析和设计。依照IEC 61508、IEC 60730-1等相关标准,结合储能系统产品的特点,选择正确的分析设计路径,可以确保储能系统BMS的功能安全完整性等级(SIL)有效达成,为储能电站设计开发者提供参考。

储能用锂离子电池安全性测试与评估方法比较

作为支撑智能电网和能源转型发展的关键技术,储能受到了全球的广泛关注。锂离子电池因能量密度高、寿命长和无污染等性能,成为大规模储能的首选储存载体之一,锂离子电池储能规模也在迅速增长。但是近年来,锂离子电池热失控火灾事故频发,成为制约其大规模应用的关键因素。针对这一问题,本文归纳对比了国内外常用的储能用锂离子电池安全测试标准,如IEC 62619、IEC 63056、UL 1973和UL 9540A等国外标准,以及GB/T 36276、T/CNESA 1004等相关国家标准、团体标准。同时,根据储能系统的特性,着重从单体、模组、单元与安装等储能系统四个不同层级,将热失控测试方法进行了探讨分析,指出了国内现行测试标准的不足,并提出合理化建议,旨在维护锂离子电池储能系统的安全底线。

韩国锂离子电池储能电站安全事故的分析及思考

全性是锂离子电池储能系统的重要议题,探究锂电池储能系统安全事故成因,开展储能系统安全状态的评价与早期预警及事故风险的管控与防护等研究具有重要意义。本文立足于韩国公开的其国内近期发生的锂电储能系统安全事故调查报告,对电池本体、外部激源、运行环境及管理系统等引致安全事故的因素进行了分析,梳理了四类因素作用下电池及系统安全事故的触发及演化规律,探讨了四类因素间的相互影响机制,总结经验教训的同时提出了锂电储能系统安全管理的发展方向。