本文關(guān)鍵詞：變電站用VRLA蓄電池SOC及SOH估計(jì)算法研究

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【摘要】：閥控式鉛酸蓄電池(Valve Regulated Lead Acid, VRLA)又稱免維護(hù)電池,是變電站直流供電系統(tǒng)的重要組成部分,負(fù)責(zé)為電力系統(tǒng)中二次系統(tǒng)負(fù)載提供電力保障,以確保繼電保護(hù)、通信設(shè)備等正常運(yùn)行。變電站中蓄電池一般串聯(lián)成組使用,由于“木桶效應(yīng)”,有缺陷的電池如果長期存在則會導(dǎo)致整組電池的容量下降,加速其它電池老化,降低整組電池的可靠性。因此,變電站運(yùn)行中,必須實(shí)時(shí)監(jiān)測每塊蓄電池的健康狀況(State of Health, SOH)和其荷電狀態(tài)(State of Charge,SOC),以確保電力設(shè)備的安全運(yùn)行。論文通過分析某電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)50多所變電站近5年的VRLA蓄電池歷史運(yùn)行數(shù)據(jù),概括出與變電站用VRLA電池SOC估計(jì)相關(guān)的多種影響因素。在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行不同溫度、不同工況實(shí)驗(yàn),提取VRLA蓄電池典型OCV(Open Circuit Voltage)-SOC曲線,借鑒國內(nèi)外常用的VRLA電池等效模型和SOC估計(jì)模型,結(jié)合變電站蓄電池組長期處于浮充狀態(tài)和一般兩年才進(jìn)行一次全容量核對性放電的實(shí)際工況和實(shí)際工作環(huán)境,選用五階OCV-SOC模型,引入溫度、循環(huán)次數(shù)等參數(shù)對電池實(shí)際容量進(jìn)行補(bǔ)償修正,采用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法(Extended Kalman Filter,EKF)進(jìn)行電池SOC估計(jì),并在MATLAB/Simulink模塊里構(gòu)建EKF算法模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)仿真分析,驗(yàn)證本算法的精確性和可靠性。然后重點(diǎn)研究VRLA蓄電池SOH與電池溫度、SOC、內(nèi)阻、電壓等參數(shù)之間的關(guān)系建立蓄電池本體參數(shù)-蓄電池運(yùn)維工況-壽命模型,在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行高溫浮充老化加速實(shí)驗(yàn),進(jìn)行多因素綜合分析,建立面向變電站用實(shí)際工況下的VRLA電池老化模型和SOH估計(jì)算法,并詳細(xì)介紹了整個(gè)算法的實(shí)現(xiàn)過程和驗(yàn)證過程。論文以江蘇理士DJ100和DJ300型VRLA蓄電池作為研究對象,于實(shí)驗(yàn)室恒溫恒濕柜里進(jìn)行一系列不同溫度、不同工況充放電實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)行OCV-SOC數(shù)學(xué)模型公式的參數(shù)辨識和電池容量補(bǔ)償系數(shù)參數(shù)辨識,然后在Matlab/Simulink里進(jìn)行仿真,誤差分析結(jié)果表明該方法可以獲得較高的SOC估計(jì)精度。最后通過電池在線監(jiān)測管理系統(tǒng)上位機(jī)驗(yàn)證了SOH算法及預(yù)測模型的準(zhǔn)確性,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：閥控式鉛酸蓄電池 荷電狀態(tài) 健康狀態(tài) 擴(kuò)展卡爾曼濾波算法 多因素耦合
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912;TM63
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• abstract9-16
• 第一章 緒論16-29
• 1.1 課題研究背景及意義16
• 1.2 VRLA蓄電池介紹16-22
• 1.2.1 VRLA蓄電池的發(fā)展及在變電站中的應(yīng)用16-18
• 1.2.2 VRLA蓄電池結(jié)構(gòu)及電化學(xué)反應(yīng)原理18-20
• 1.2.3 VRLA蓄電池特性20-22
• 1.3 VRLA蓄電池SOC、SOH研究現(xiàn)狀22-27
• 1.3.1 VRLA蓄電池SOC研究現(xiàn)狀22-24
• 1.3.2 VRLA蓄電池SOH研究現(xiàn)狀24-27
• 1.4 本文的研究內(nèi)容、擬解決的問題及預(yù)期效果27-28
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容27
• 1.4.2 擬解決的問題27-28
• 1.4.3 預(yù)期效果28
• 1.5 章節(jié)安排28-29
• 第二章 VRLA電池的等效模型研究29-34
• 2.1 VRLA電池常用等效模型29-33
• 2.2 VRLA電池SOC估計(jì)常用方法33-34
• 第三章 VRLA電池SOC估計(jì)34-51
• 3.1 VRLA電池SOC及其影響因素34-37
• 3.1.1 電池SOC的數(shù)學(xué)定義34
• 3.1.2 電池SOC的影響因素34-37
• 3.2 變電站電池歷史數(shù)據(jù)分析37-38
• 3.3 EKF算法介紹38-40
• 3.4 基于EKF算法的VRLA電池SOC估計(jì)方法40-45
• 3.4.1 適用于不同工況的統(tǒng)一VRLA電池模型40-41
• 3.4.2 基于上述模型引入容量補(bǔ)償修正的電池系統(tǒng)狀態(tài)方程41-44
• 3.4.4 基于EKF算法的電池SOC估計(jì)44-45
• 3.5 實(shí)驗(yàn)與仿真驗(yàn)證45-51
• 第四章 VRLA電池SOH估計(jì)51-65
• 4.1 VRLA電池SOH及其影響因素51
• 4.1.1 電池SOH的數(shù)學(xué)定義51
• 4.1.2 電池SOH的影響因素51
• 4.2 電池SOH的估計(jì)方法51-57
• 4.3 本文擬采用的SOH估計(jì)方法57-60
• 4.4 本文SOH估計(jì)算法的實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證60-65
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)條件60-62
• 4.4.2 SOH估計(jì)算法的實(shí)現(xiàn)62-63
• 4.4.3 算法驗(yàn)證63-65
• 第五章 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 總結(jié)65-66
• 5.2 工作展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及成果情況71

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：755323