在电网上使用的储能系统模拟(simulink）

目录

1 概述

2 配电系统

3 动态负载模型

4 光伏电场和TMY3数据

5 储能系统 (ESS)

6 案例

7 仿真结果

 8 Simulink&Matlab代码实现

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1 概述

(1)目标展示了SimPowerSystems在不到一分钟的模拟时间内，以相量模式模拟电路和控制系统的能力。

(2)说明与能量存储系统(ESS)相关的概念。

(3)演示如何使用公共太阳能数据时间序列(TMY3文件)以及如何创建典型的负荷分布。
(4)提供一种工具，帮助确定用于配电电力系统的通用ESS的适当额定值(功率和容量)。

2 配电系统

该示例的电网代表典型配电系统。它由一个等效于为 25 kV 配电变电站供电的 120 kV 输电系统组成。几条馈线连接到变电站的 25 kV 母线。其中一个为拥有光伏电场和储能系统的社区供电。连接在 25 kV 母线上的接地变压器提供中性点，并在单相故障期间限制正常相的过电压。其零序阻抗是电网正序阻抗值的三倍。由于Powergui块的Phasor解决方案，即使模拟周期为一年，也可以在很短的时间内模拟这个网格。如果只对电路中所有电压和电流的幅度和相位的变化感兴趣，则相量解决方案是理想的算法。您不需要求解由 R、L 和 C 元素相互作用产生的所有微分方程（状态空间模型）。相反，可以求解一组更简单的与电压和电流相量相关的代数方程。这就是相量求解方法在特定指定频率（本例中为 60 Hz）下所做的事情。

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3 动态负载模型

动态负载模型实现了一个基于负载曲线的三相三线动态负载。 负载所吸收的有功功率P和无功功率Q随着正序电压V和负载曲线数据的变化而变化。P和Q的变化情况如下：

P=P_LoadProfile*(V/Vo)^np & Q=Q_LoadProfile*(V/Vo)^nq

负荷曲线是以小时为单位的每日负荷曲线。 它们被存储在LoadProfile_Datasets.mat文件中。 对于每个负荷曲线，用户指定夏季和冬季数据。提供了两套配置文件。Build_LoadProfile_Datasets.m MATLAB脚本可以帮助用户创建额外的负荷曲线。

4 光伏电场和TMY3数据

TMY3数据块将TMY3太阳辐照度数据转换为电能。该电源信号被馈送到光伏电场模块，该模块将电源信号转换为电流。TMY3是来自1961-1990年和1991-2005年国家太阳辐射数据库(NSRDB)档案的典型气象年(TMY)数据集的数据文件。
这些文件包含一年内太阳辐射和气象要素的每小时值。这些文件由NREL的电气系统中心在太阳能资源表征项目下制作，该项目由美国能源部能源效率和可再生能源办公室资助和监督。
用户可以从242个站点位置中选择一个用于太阳时间序列数据。用户可以选择全局水平辐照度(GHI)或直接法线辐照度(DNI)作为模拟要使用的辐照度值。
所有位置的辐照度值存储在StationData_NEW.mat文件中，该文件在遮罩初始化时自动加载。

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5 储能系统 (ESS)

储能系统模块包含以下组件： - 控制系统 - 不可用监视器 - 储能计算器 - SPS 功率电流模型和 240/600V 升压变压器。在白天的任何给定时间，控制系统都会确定来自 ESS 的所需功率，以将功率保持在电网允许的最大功率的指定值以下。该电源信号被馈送到连接到 240/600V 升压变压器的电源电流模块。尽管对于电池储能系统 (BESS)，建模 ESS 的额定功率和容量分别以 kW 和 kWh 为单位指定，但该 ESS 可以代表多种类型的储能系统，例如飞轮、压缩空气、超级电容器、抽水蓄能，超导磁。

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6 案例

显然，与储能系统和智能电网有关的众多应用可以使用SimPowerSystem模型进行研究和验证，比如这个ESS演示。应用可以是多种多样的，如金融能源套利、缓解线路拥堵、设备延迟、太阳能平滑、旋转储备、电压支持等。在我们的案例中，我们选择了一个简单的场景来说明这个演示的一个用途。目的是确定连接到600V社区电力系统的ESS设备的适当尺寸（功率和容量），以防止社区购买超过与电力公司约定的电力。基于给定的负载情况、光伏电站的输出、ESS的额定功率和容量，模拟将给出一整年的不可用的数量。 这种规模的研究可以在各地进行。

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7 仿真结果

下图显示两天结果，其中 ESS 控制系统确定 ESS 所需的功率，以避免超过电网允许的最大功率（本模拟为 1000 kW）

（1） 在第 91 天，ESS 无法提供必要的电力，而社区别无选择从电网购买更多电力。

（2） 在第 92 天，ESS 输出足以避免超过允许的最大功率。

下图显示了第 126 天（5 月 6 日）18 时 03 分巴士 B4 故障引起的瞬态放大图。 Phasor 解决方案在编程的故障定时产生了毫秒精度的仿真结果。

                           

 8 Simulink&Matlab代码实现

部分代码：

% 使用以下脚本，您可以定义附加负载配置文件。
% 这些负载配置文件将保存在文件“LoadProfile_Datasets.mat”中。
% 配置文件将被动态负载块使用：
%“住宅负荷”。
%
% ===================================================
%             典型负荷曲线
% ===================================================
%
% 格式。
% 第1列：一天中的小时
% 第2列=典型的夏季负荷，占Pnom_Load的百分比
% 第3列=典型的冬季负荷，占Pnom_Load的百分比

DataSet1=[
       1  24  27      
       2  19  26
       3  16  24
       4  17  27
       5  20  35
       6  30  39
       7  40  48
       8  46  56
       9  52  61
      10  57  63
      11  62  67
      12  65  66
      13  68  60
      14  71  46
      15  80  38
      16  84  34
      17  87  33
      18  87  37
      19  85  44
      20  72  48
      21  67  44
      22  60  37
      23  52  31
      24  40  29 ];
  %
  % DataSet2 (Northeast USA)
DataSet2=[
       1  26  30      
       2  23  30
       3  22  30
       4  21  31
       5  22  32
       6  26  34
       7  30  47
       8  36  56
       9  40  61
      10  40  61
      11  41  51
      12  42  40
      13  43  36
      14  45  34
      15  46  33
      16  49  35
      17  52  37
      18  52  40
      19  52  40
      20  51  39
      21  47  37
      22  42  35
      23  39  34
      24  34  32 ];
  %
  LoadProfile_Data(:,:,1)=DataSet1;
  LoadProfile_Data(:,:,2)=DataSet2;
  BP1=[1:24]';
  BP2=[1:3];
  BP3=[1:2];
  %
  clear DataSet1 DataSet2
  save LoadProfile_Datasets