荷电状态

电池系统是支撑下一代新型电网的关键，然而不合理的充放电策略会使电池发生析锂副反应，导致电池充放电性能大幅减弱。因此，文中针对三元锂离子电池，基于参比电极揭示了析锂后电池的充电性能变化情况，并对其安全充电电流进行控制。首先，设计不同温度下的充放电循环实验，得到低温循环与高温循环后的电池；其次，通过植入参比电极标定安全充电曲线对比电池的负极电位，发现高温循环后的电池发生了析锂，且平均充电电流相比新电池降低了61.7%；最后，对析锂后的电池建立安全充电荷电状态-温度-电流等高线图，对比新电池等高线图后发现，200 A以上的充电电流区域减少了69.84%。文中提供了一个析锂后电池充电性能衰减的量化指标，需要在实际的锂离子电池全寿命周期管理中予以考虑。

随着电力系统中可再生能源比重逐渐增加，电力系统频率波动的风险增大。飞轮和锂电池可以优势互补，作为混合储能应用于电网一次调频中，有效解决系统频率波动问题。为了充分发挥飞轮和锂电池各自的调频优势，提出基于自适应荷电状态(state of charge,SOC)的电池-飞轮混合储能一次调频控制策略。首先，建立含正、负虚拟惯性控制和虚拟下垂控制的权重分配一次调频模型；然后，利用飞轮和锂电池SOC对一次调频模型参数进行修正，提高混合储能在SOC阈值附近的一次调频能力；最后，仿真对比各调频场景下文中控制策略与其他控制策略的调频能力及SOC恢复效果。研究结果表明，文中控制策略下储能系统SOC波动范围最小，电池不会发生过充过放，且系统频率波动不超过±0.2 Hz，可以提高电网频率稳定性。

在“碳达峰·碳中和”国家能源战略变革背景下，大规模可再生能源的加速并网加剧了电力系统对于快速调频资源需求的迫切性，如何充分发挥以电池储能系统(battery energy storage systems,BESS)为代表的新型快速资源在电网调频中的作用是解决该问题的关键。首先，为满足电网各类型调频资源在自动发电控制(automatic generation control,AGC)系统中的接入监视与分类决策需求，提出“域-群-机”三级控制模型架构；然后，从BESS的荷电状态(state of charge,SOC)主动管理出发，提出基于改进的动态调频容量(dynamic available AGC,DAA)的多元集群协同控制策略，以及引入SOC影响因子的多点BESS功率分配策略；最后,结合实际电网的持续扰动工况及模拟跳机扰动工况进行仿真分析，验证了文中所提控制策略的有效性。文中所提策略不但可以显著改善各单点BESS的SOC一致性，而且能够提升电网调频品质。

锂离子电池是新能源汽车动力系统的核心，基于模型的电池管理系统(battery management system,BMS)是保证电池性能充分发挥的关键。然而现有BMS主要采用等效电路模型(equivalent circuit model,ECM)，尚未考虑放电倍率对可用容量的影响机制，导致模型在不同放电倍率下以及低荷电状态(state of charge，SOC)区域会存在明显的端电压仿真误差，影响算法精度；尤其是BMS无法准确估计电池放电截止条件，剩余放电电量(remaining discharge capacity,RDC)估计误差大，可能导致电池电压骤降甚至整车抛锚等严重后果。针对以上问题，文中以考虑内部扩散机制的扩展等效电路模型(extended equivalent circuit model，EECM)为基础，对不同倍率的放电电压容量增量(incremental capacity，IC)曲线进行对比分析，利用能斯特方程构造不同放电倍率下的容量-开路电压曲线，提出改进的EECM。所提改进EECM在不同电流倍率和动态工况下的端电压仿真误差均小于传统ECM和EECM，可以提高RDC估计的准确性，有应用于实际BMS的潜力。

针对含共享储能与户用光伏的园区场景，文中提出一种用户侧综合收益双层优化方法，充分挖掘共享储能灵活性及用户用电需求差异性，在实现用户整体经济效益最优的同时提升光伏消纳能力。模型上层为月前优化阶段，以用户月度用电成本最低为目标，考虑系统能量平衡、储能充放电约束以及储能荷电状态约束，优化工业用户最大用电功率，降低需量电费；模型下层为日前优化阶段，综合考虑用户综合收益及光伏消纳能力，以上层优化结果为约束条件，兼顾功率、储能等约束，提出共享储能充放电功率及用户与电网交互功率等日前优化策略，在用户月度整体经济性最优的前提下，实现用户侧每日经济效益的优化。最后，以南方某实际园区作为算例验证了文中所提方法的有效性。

在分布式储能孤岛直流微电网系统中，针对传统下垂控制策略无法实现荷电状态均衡、功率分配不精确和母线电压跌落的问题，提出了一种自适应下垂控制策略。首先将双曲正切函数与荷电状态相结合，利用双曲正切函数的特性，限制下垂系数的范围并且快速进行调整。然后通过调节补偿量，使下垂系数对应的电压相等，设计了功率分配的补偿策略。最后计算线缆阻抗，设计了二次母线电压补偿策略。Simulink仿真实验结果表明，所提控制策略可以实现荷电状态的均衡和功率的精确分配，并且使母线电压能够准确维持在额定值。

传统的火电与水电调频机组因其固有特性难以满足电力系统快速发展、新能源发电集中并网等引起的频率稳定控制需求，储能以其灵敏精准的出力特性逐步在电力系统调频领域中实现了规模化应用。针对规模化储能资源响应速度快、跟踪精度高、调节方向易改变及有限的容量等特点展开了其参与电网调频的控制策略研究：首先，建立了区域电网自动发电控制(AGC)系统及包含储能荷电状态(SOC)的储能系统仿真模型；然后，综合考虑储能资源与常规电源的发电特性，提出了计及储能SOC的快慢速调频资源协调控制策略；最后，搭建了4种不同的仿真场景，通过仿真试验对提出的控制策略的有效性进行了验证。

针对电化学储能现有低电压穿越控制策略未计及荷电状态(state of charge, SOC)动态特性导致其在低SOC场景下出现过放这一问题，设计并引入自适应调节系数来表征低电压穿越期间SOC对储能单元输出有功电流的影响，进而提出一种计及SOC动态特性与充放电状态的电化学储能系统低电压穿越控制策略。该控制策略基于并网规范的电压和频率要求，结合工程实际应用对自适应调节系数进行定量设计，使得系统故障期间储能单元输出的有功电流能够根据SOC大小动态调整。仿真结果表明，该控制策略在低SOC场景下能够有效限制有功电流输出，减缓放电速度，从而避免小容量、大放电倍率储能单元出现因SOC越限而退出运行的风险，并减小低电压穿越过程中多个储能单元之间的SOC极差。通过与传统的低电压穿越策略对比验证了所提策略的有效性。

准确估计储能电池的SOC（荷电状态），对于实现电池的均衡充放电，减少因电池过充过放引起的容量下降具有重要意义。针对储能电池的复杂化学状态和SOC非线性时变特性，提出一种基于VFFRLS（变遗忘因子递归最小二乘）和UKF（无迹卡尔曼滤波）算法的锂离子电池SOC联合估计方法。采用VFFRLS在线辨识电池模型的电阻、电容参数，根据辨识结果，利用UKF算法实时估计电池SOC。实验结果表明，该联合算法具有较高的准确性和稳定性。

为了提高微电网运行的灵活性，将可中断负荷视为一种直接参与微电网运行的可调度资源，并根据峰谷时刻设置联络线传输功率处于不同区间，考虑微电网运行维护折旧成本、环境效益成本和与联络线偏差惩罚成本，构建微电网运行的多目标优化模型，再采用相对目标接近度法将多目标优化转化为单目标优化，由层次分析法和熵权法进行组合赋权。运用Gurobi求解器对微电网内的各种分布式电源24h出力和蓄电池荷电状态进行求解，获得微电网日前调度模型。基于美国地区微电网算例进行分析，验证所提模型可以兼顾微电网经济性、环保性，并能减少主网功率波动；同时表明计及可中断负荷和联络线功率控制的运行方式能有效降低运维折旧成本、环境污染和主网负担。