全釩液流電池儲能系統建模與控制技術（簡體書）

全釩液流電池具有長壽命、高安全及功率和容量可靈活獨立設計等優點，是大規模儲能技術熱點研究領域。本書對全釩液流電池儲能本體技術與系統應用技術發展現狀、工作原理與結構、全釩液流電池儲能系統的數學模型、全釩液流電池及儲能系統的SOC估計、全釩液流電池接入直流側和交流側母線的接口控制技術及儲能系統的分層控制等問題進行了闡述。本書還給出了全釩液流電池儲能系統的相關標準、典型工程應用實例及用於研究和算法驗證的實證平臺。本書可供從事全釩液流電池儲能技術、智能電網等領域的相關研究人員參考使用，也可供高等院校廣大師生借鑒參考。

李鑫，合肥工業大學副教授，安徽省自動化學會秘書長，合肥工業大學先進控制技術研究所所長、合肥市“228” 產業創新團隊帶頭人、可再生能源儲能專委會委員、安徽省機器人與智能系統標準化委員會委員。長期從事大容量儲能系統控制，複雜系統建模與控制，神經網絡學習與控制等。
先後承擔或參與儲能領域、省部級項目多項，其中國家重點研發計劃1項（“10MW 級液流電池儲能技術”）、國家發改委能源自主創新和能源裝備專項項目1項、工信部智能製造項目1項、湖南省科技重大專項1項、國家自然基金面上項目2項、國家自然基金青年基金項目1項、安徽省自然基金面上項目1項。
在國內外核心期刊發表文章70餘篇，其中30餘篇被EI檢索；授權專利16項（發明專利3項）；參與編寫省級標準1個。獲得安徽省科學技術進步獎二等獎1項（2016年），三等獎1項（2017年）。

全釩液流電池建模、控制和技術應用的有益參考

序
前 言
第1章 液流電池儲能技術1
1.1 大規模儲能技術的分類1
1.1.1 大規模儲能技術的簡介2
1.1.2 大規模儲能技術的應用13
1.2 全釩液流電池的發展23
1.3 全釩液流電池的應用26
1.3.1 應用領域26
1.3.2 示範項目27
1.4 全釩液流電池的關鍵技術34
1.5 政策法規、標準規範35
1.5.1 政策法規35
1.5.2 標準規範41
1.6 本章小結43
1.7 參考文獻43
第2章 全釩液流電池的原理及結構48
2.1 全釩液流電池工作原理48
2.2 全釩液流電池的結構50
2.2.1 電堆50
2.2.2 電極51
2.2.3 雙極板54
2.2.4 離子交換膜55
2.2.5 電解液57
2.2.6 密封結構60
2.2.7 管路和循環泵61
2.3 全釩液流電池的存儲結構61
2.4 全釩液流電池的主要參數64
2.4.1 功率與容量65
2.4.2 電壓與電流65
2.4.3 效率66
2.4.4 循環壽命66
2.4.5 荷電狀態66
2.5 全釩液流電池常見的產品及規格67
2.6 本章小結72
2.7 參考文獻72
第3章 全釩液流電池的數學模型76
3.1 全釩液流電池的建模方法76
3.2 全釩液流電池模型概述77
3.2.1 電化學模型77
3.2.2 電路模型83
3.2.3 混合模型87
3.3 全釩液流電池混合模型及特性分析88
3.3.1 全釩液流電池混合模型88
3.3.2 特性分析94
3.4 全釩液流電池狀態空間模型及靈敏度分析99
3.4.1 全釩液流電池的狀態空間模型99
3.4.2 全釩液流電池的靈敏度分析101
3.5 全釩液流電池組模型112
3.6 本章小結119
3.7 參考文獻119
第4章 全釩液流電池的SOC估計125
4.1 SOC估計概述125
4.2 基於RLS和EKF算法的全釩液流電池SOC估計127
4.2.1 RLS和EKF算法127
4.2.2 RLS和EKF算法估計SOC的實驗驗證131
4.3 基於IEKF算法的全釩液流電池SOC估計136
4.3.1 IEKF算法136
4.3.2 IEKF算法估計SOC的實驗驗證138
4.3.3 IEKF算法估計SOC的收斂性及魯棒性分析139
4.4 基於雙卡爾曼濾波算法的全釩液流電池SOC估計145
4.4.1 雙卡爾曼濾波算法145
4.4.2 雙卡爾曼濾波算法估計SOC的驗證147
4.5 全釩液流電池儲能系統的SOC估計方案149
4.6 本章小結153
4.7 參考文獻154
第5章 全釩液流電池的直流側接口及控制156
5.1 雙向DC/DC變換器的分類與拓撲157
5.1.1 非隔離型雙向直流變換器157
5.1.2 隔離型雙向直流變換器160
5.1.3 幾種典型雙向直流變換器的比較163
5.2 Buck/Boost變換器164
5.2.1 Buck/Boost變換器工作原理164
5.2.2 Buck/Boost變換器狀態平均建模165
5.2.3 Buck/Boost變換器靜態工作點分析167
5.2.4 Buck/Boost變換器小信號分析168
5.2.5 模型驗證169
5.3 雙有源全橋(DAB)雙向DC/DC變換器170
5.3.1 DAB變換器工作原理170
5.3.2 DAB回流功率分析172
5.3.3 改進狀態空間平均建模174
5.3.4 DAB靜態工作點分析176
5.3.5 DAB小信號分析176
5.3.6 模型驗證177
5.4 多DC/DC並聯運行控制184
5.4.1 多DC/DC並聯運行的儲能系統控制策略185
5.4.2 系統的穩定性分析188
5.4.3 仿真驗證與結果分析197
5.5 本章小結205
5.6 參考文獻206
第6章 全釩液流電池的交流側接口及控制207
6.1 儲能變流器(PCS)207
6.1.1 PCS拓撲結構208
6.1.2 PCS的數學模型208
6.1.3 PCS的雙閉環控制策略209
6.1.4 仿真分析214
6.2 多PCS並聯運行控制219
6.2.1 PCS並聯系統失穩機理分析219
6.2.2 PCS並聯系統諧振抑制方法研究231
6.3 本章小結240
6.4 參考文獻241
第7章 全釩液流電池儲能系統的分層控制242
7.1 全釩液流電池儲能系統的分層控制結構242
7.2 全釩液流電池的就地充放電控制243
7.2.1 全釩液流電池的充放電方法243
7.2.2 全釩液流電池的充放電控制策略244
7.2.3 全釩液流電池的充放電控制仿真245
7.3 基於PAWPSO的全釩液流電池儲能系統的功率協調控制249
7.3.1 全釩液流電池儲能系統協調控制的數學模型249
7.3.2 全釩液流電池儲能系統的協調控制算法253
7.3.3 算例仿真257
7.4 基於模擬退火粒子群算法的全釩液流電池儲能系統的
功率協調控制265
7.4.1 模擬退火粒子群算法265
7.4.2 全釩液流電池儲能系統功率分配多目標函數構建268
7.4.3 算例仿真275
7.5 全釩液流電池儲能電站的雙層功率分配技術282
7.5.1 儲能充放電功率約束283
7.5.2 上層功率優化分配284
7.5.3 下層功率動態均衡288
7.5.4 算例分析290
7.6 本章小結294
7.7 參考文獻295
第8章 全釩液流電池儲能系統的應用實例297
8.1 10MW/40MW h全釩液流電池儲能系統設計297
8.1.1 系統集成設計297
8.1.2 系統電氣設計310
8.1.3 儲能集裝箱(方艙)設計314
8.2 全釩液流電池儲能系統測試平臺318
8.2.1 系統整體架構318
8.2.2 系統硬件平臺319
8.2.3 系統軟件平臺320
8.3 基於Wincc OA的全釩液流電池能量管理系統322
8.3.1 系統整體架構322
8.3.2 系統硬件平臺324
8.3.3 系統軟件平臺325
8.4 光儲一體化系統327
8.4.1 系統整體架構327
8.4.2 系統硬件平臺328
8.4.3 系統軟件平臺330
8.5 不同場景下全釩液流電池儲能系統應用模式研究332
8.5.1 光伏場景下應用模式332
8.5.2 風電場景下應用模式337
8.6 本章小結342
8.7 參考文獻342
第9章 其他液流電池儲能技術343
9.1 鐵鉻液流電池343
9.1.1 鐵鉻液流電池工作原理343
9.1.2 鐵鉻液流電池特點343
9.1.3 鐵鉻液流電池發展歷史345
9.1.4 鐵鉻液流電池研究現狀346
9.2 鋅溴液流電池348
9.2.1 鋅溴液流電池工作原理348
9.2.2 鋅溴液流電池特點349
9.2.3 鋅溴液流電池發展歷史350
9.2.4 鋅溴液流電池研究現狀352
9.3 本章小結353
9.4 參考文獻353