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电力系统黑启动恢复期间，随机优化电池电源可用性分析对电网供电

来源：卡特蓄电池发布时间：2026-07-15 09:15:57 点击：次

电池储能系统（BESS）在新兴电力系统架构中发挥着重要作用。电池技术的重大改进以及储能系统（ESS）成本的降低，总体上导致了可再生能源（RE）应用的激增。在这项研究中，模拟了在不同停电情况下，电网恢复期间可用的优化电池功率。通过采用数值和实验方法，研究了尼日利亚电力系统黑启动恢复（BSR）应用中BESS的优化功率可用性。为了验证所获得的结果，开发并使用了基于Excel/MATLAB®的算法来处理生成的各种随机充电和放电曲线。为了证明BESS在优化BSR中的可行性，使用目的性抽样策略，创建不同情景来模拟集成到分段的尼日利亚330 kV 48节点系统中的BESS（电池储能系统）。模拟结果表明，BESS能够根据不同的运行条件贡献到黑启动（BSR）序列。在不同真实生活情景下，各个电池的荷电状态（SoC）和深度放电（DoD），LG电池模块的电池电压与MC3000客户端工具的放电电流之间的关系，以及LG电池的电池电压与总放电容量之间的关系均被获取。BESS参与BSR的最优电池功率在<50分钟内达到，Kaduna和Jos分别实现了4.3%和18.1%的电力恢复。
全球范围内，可再生能源的渗透率正在激增，预计到2030年，全球能源消费将增加38.6% [1,2]。考虑到可再生能源来源的不确定性，改进能源储存（ES）的需求变得不可避免。电池技术的显著进步以及电池成本的降低，推动了车辆到电网（V2G）应用的重大转变 [3,4]。例如，[5,6]观察到客户对购买电动汽车（EV）和家用太阳能系统兴趣激增。这些发展导致一些电动汽车公司提供电动汽车和太阳能光伏充电套餐的双包优惠[[7], [8], [9]]。
尽管锂离子电池在大振幅骑行中耐用性较低，但它们似乎是大多数电动汽车型号和可再生能源存储中使用的可充电电池组的主要类型[10]。与铅酸或镍镉可充电电池组相比，如图1所示，锂离子电池单元具有更高的能量密度和更高的技术成熟度[11]。此外，正如[3,12]所指出的，基于锂的化合物每千瓦时的体积加权平均成本约为130-156美元，能量密度为每千克100-265瓦时[13]。
根据[13]，从以化石燃料为主的能源系统向基于可持续和可再生能源的系统过渡，将需要在电动汽车（EVs）或能源存储系统（ESS）应用中广泛部署电池。当与电池储能系统（BESS）结合时，太阳能是减少和削峰用电成本的最有效方法之一[[14], [15], [16], [17]]。此外，由于其快速响应能力和能够用于维持暂态稳定性的能力，[18]认为，如果选择用于调节电压和频率，光伏电池备用系统（PVBBSs）和ESSs正越来越多地被部署以为重要负荷提供备用电源。
不同的研究[[19], [20], [21]]已经记录了使用电动巴士作为提高配电系统弹性的手段。这些研究还强调了在高需求期间，如何利用闲置或静止的电动汽车的电池组向电网供电，同时在低需求期间进行充电。[22]中的研究对电池储能系统（BESS）及其相关的建模技术进行了调查，强调了它们在未来电力网络和智能电网发展中的基础作用。该论文为理解BESS技术的当前格局及其在电力系统应用中的建模方法提供了宝贵的资源。
[23] 对于储能技术的最新进展进行了全面概述，并分析了其在电力系统运行中的潜在应用。作者强调了由于电力发电格局的变化，储能技术的需求日益增加，这是为了减少温室气体排放和整合多种能源来源的必要性。该研究还对所审查的储能技术在电力系统中的应用潜力进行了分析。在相关研究中，[24] 对储能技术及其在增强智能电网中的应用进行了全面回顾，特别是与可再生能源资源的整合。作者指出，可再生能源资源的日益使用，这些资源通常具有间歇性，需要利用能源存储技术来稳定电力生产和能源需求。该论文还根据其应用提出了不同的能源存储系统框架。讨论的关键应用包括能源套利、削峰、旋转备用、负荷跟踪、电压调节、频率调节和黑启动。
电池技术的综述特别针对电网级大规模电能储存（GLEES）[25]，强调GLEES是平衡发电、配电和使用中电力供应和需求的关键方法。他们强调，由于电池技术的模块化、快速响应、灵活安装和短建设周期，它适用于GLEES。文章讨论了GLEES的各种要求，例如削峰、负荷平衡、电压和频率调节以及紧急响应。作者最后概述了未来可能的发展方向，以促进电池技术在大规模能源储存应用中的更广泛部署。在研究清洁能源转型所需的新兴储能技术时，[26] 论证了一个深度脱碳的能源系统需要材料科学，特别是电池技术的进步，以克服风能和太阳能等可再生能源的间歇性挑战。该论文使用一个双因素模型来分析部署和创新，该模型结合了对材料创新和技术部署的投资价值，并基于电池储能技术的实证数据 [27] 进行了一项专注于锂离子BESS用于电网支持应用的审查。作者指出，现代电网中BESS用于各种任务的兴趣日益增加，以及锂离子电池技术与系统架构的快速演变。审查旨在指导电池技术、系统设计的选择。针对锂离子储能系统与特定电网应用的联合运行。
[28] 对德国固定电池储能系统的发展进行了市场回顾。作者分析了德国家用储能系统、工业储能系统和大规模储能系统的市场发展、框架条件和项目示例。回顾强调了电池储能部署的快速增长，这得益于电池成本下降和有利政策等因素。[29] 的研究重点是大规模固定式储能的电池技术。作者指出，近年来，由于可再生能源的部署、电气化交通的进步和智能电网的发展，大规模固定式储能市场迅速增长。该论文概述了各种电化学储能技术，并涵盖了与大规模储能相关的各种电池类型，强调了它们在实现间歇性可再生能源的整合以及增强电网稳定性和可靠性方面的重要性。
由[30]进行的研究对能源存储系统（ESS）作为智能电力系统可靠运行的关键解决方案的出现进行了全面回顾，特别是随着可再生能源系统渗透率的增加。作者指出，可再生能源系统的固有波动性需要使用ESS来平衡发电和需求，提高竞争性智能电力网的整体可靠性。论文得出结论，ESS对于智能电网的未来发展至关重要，能够更好地整合可再生能源系统并确保电网稳定性。[31]对商业和研究电池技术在ESS应用中的进行了回顾。作者强调，开发绿色能源解决方案对社会至关重要，不仅在能源转换技术方面需要重大进展，而且在固定式能源储存系统（ESS）的可行性和能力方面。该论文为理解在发展清洁和可再生能源系统背景下大规模能源储存电池技术的格局提供了宝贵的资源。在相关研究中，[32]对各种能源储存方法及其最近的发展进行了全面回顾，强调了它们在实现能源可持续发展目标中的关键作用，并带来能源和成本的节约。作者讨论了广泛的能源储存技术。该回顾包括这些技术的最新信息，提供了有关它们当前状态和未来在电力生产和可再生能源整合中应用潜力的见解。该论文在开发清洁和可再生能源系统的过程中，为理解大规模能源储存的电池技术 landscape 提供了宝贵的资源。在相关研究中，[32] 对各种能源储存方法及其最近的发展进行了全面回顾，强调了它们在实现能源可持续发展目标和节省能源与成本方面的重要作用。作者讨论了广泛的能源储存技术。该回顾包含了这些技术的最新信息，提供了它们当前状态和未来在电力生产和可再生能源整合中的潜力的见解。该论文在开发清洁和可再生能源系统的过程中，为理解大规模能源储存的电池技术 landscape 提供了宝贵的资源。在相关研究中，[32] 对各种能源储存方法及其最近的发展进行了全面回顾，强调了它们在实现能源可持续发展目标和节省能源与成本方面的重要作用。作者讨论了广泛的能源储存技术。该回顾包含了这些技术的最新信息，提供了它们当前状态和未来在电力生产和可再生能源整合中的潜力的见解。在相关研究中，[32]对各种储能方法及其最近的发展进行了全面的回顾，强调了它们在实现能源可持续发展目标中的关键作用，并有助于节约能源和成本。作者讨论了广泛的储能技术。该回顾包含了这些技术的最新信息，提供了它们当前状态和未来在电力生产和可再生能源整合中的应用潜力的见解。在相关研究中，[32]对各种储能方法及其最近的发展进行了全面的回顾，强调了它们在实现能源可持续发展目标中的关键作用，并有助于节约能源和成本。作者讨论了广泛的储能技术。该回顾包含了这些技术的最新信息，提供了它们当前状态和未来在电力生产和可再生能源整合中的应用潜力的见解。该评论包括了这些技术的最新信息，提供了它们当前状态和未来在电力生产和可再生能源整合中的应用潜力的见解。该评论包括这些技术的最新信息，提供了它们当前状态和未来发电及可再生能源整合应用潜力的见解。
针对ESS的多项研究已经开展，不同的文献回顾了ESS的艺术状态、类型和应用。这些研究提供了关于不同ESS优势和劣势的有用见解。然而，由于ESS的可变性以及用户对管理相关复杂性的缺乏深入知识，其在电力系统恢复中的实际应用，特别是在BSR领域，是一个新兴的研究领域。所回顾的文献确实揭示了关于快速BESS充电行为分析和开发集成到电力网络中的动态电池模型的BSR应用相关研究的似乎稀缺性。为了巩固并提高该领域目前有限的成就，这项研究重点探讨将能源存储系统（ESS）高效地整合到电力系统中BSR计划的方法。此外，除了在电网故障时作为可靠的备用策略，这种普遍发生在尼日利亚的故障，本研究还通过帮助实现电力系统黑启动过程的部分脱碳，来增强电网的韧性和连接性。据作者所知，目前没有针对尼日利亚特定恢复策略的研究，该策略分析快速电池充电/放电行为并开发动态电池模型，这些模型被整合到电力网络黑启动恢复策略中。本研究中提出的分析和实验模型，促进使用不同的动态场景来检查在BSR方案中部署的电池在不同间隔下的充放电特性，以及相应的电池充电水平，特别是荷电状态（SOC）。动态电池充放电特性是通过使用PSCAD/EMTDC的计算方法进行的，它提供了一个全面的模型库。尽管有许多不同的求解器，然而，EMTDC能够精确建模复杂系统，而PSCAD则设计用于高性能模拟，因此使其适用于分析复杂且地理上广泛的电力网络，如本研究中建模的那样。通过使用PSCAD/EMTDC的计算方法来研究动态电池的充电和放电特性，PSCAD/EMTDC提供了一个全面的模型库。尽管有许多不同的求解器，然而，EMTDC能够精确建模复杂的系统，而PSCAD则旨在进行高性能模拟，因此使其适用于分析复杂的、地理上广泛的电力网络，如本研究中建模的那样。通过使用PSCAD/EMTDC的计算方法来研究动态电池的充电和放电特性，PSCAD/EMTDC提供了一个全面的模型库。尽管有许多不同的求解器，然而，EMTDC能够精确建模复杂的系统，而PSCAD则设计用于高性能模拟，因此使其适用于分析复杂且地理范围广泛的电力网络，例如本研究中建模的电力网络。因此，使其适用于分析复杂且地理范围广泛的电力网络，例如本研究中建模的电力网络。因此，使其适用于分析复杂且地理范围广泛的电力网络，例如本研究中建模的电力网络。

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