电池储能系统机电暂态仿真模型

电池储能系统（BatteryEnergyStorageSystem,BESS）因其响应速度快、功率和容量配置灵活以及适用范围广等优点被广泛应用于改善电网暂态响应过程[1-3]。要研究BESS并网对系统的影响，BESS的动态模型成为研究的基础和关键[4]。若在系统暂态过程仿真中采用考虑电力电子装置建模的详细电磁暂态模型，不仅模型复杂，而且计算时间长，不适合实际工程应用场合。因此建立简化的等值机电暂态模型是当前亟待解决的问题。

目前，针对BESS机电暂态仿真模型的相关研究较少。文献[5,6]中提出了储能系统潮流模型以及机电暂态模型，通过仿真分析证明了模型的正确性，但是模型中未设置死区，会导致储能系统频繁充放电，影响电池寿命。

文献[7,8]中建立了电池储能系统多尺度仿真模型，并对每个组成部分进行了详细建模，但忽略了充放电功率限制环节，使得仿真结果存在偏差。文献[9]提出了一种储能系统通用暂态模型，并仿真分析了其适用性，但该模型在控制约束上未考虑死区环节，并且仿真分析中只验证了光伏组件在过云情况下系统的暂态响应，而对系统发生故障情况没有作出分析。

文献[10]中建立了电池储能系统全时段多尺度仿真模型，但在模型建立中未考虑BESS的初始容量，与实际工程应用存在差距。文献[11]中建立了BESS机电暂态模型，并与风机进行了联合仿真，但在机电暂态模型中考虑了SOC变化及电量计算环节，忽略了机电暂态过程的时间尺度。

已有研究多针对DIgSILENT等成熟仿真软件，而对传统电力系统分析综合程序（PowerSystemAnalysisSoftwarePackage,PSASP）的研究较少。PSASP7.0是我国自主研发、功能强大的电力系统仿真软件，可以方便快速地完成潮流计算、暂稳计算及短路计算等多种传统运算，但随着新型元件的不断出现，PSASP7.0模型库无法实时更新，尤其是储能元件的缺失，阻碍了PSASP7.0在电力系统仿真分析中的应用。

本文在对BESS结构及换流器控制系统深入分析的基础上，提出一种计及电池充放电功率限制及充放电次数限制的无时延BESS机电暂态模型，利用节点电流注入法对模型接口进行开发，结合理论分析，通过PSASP仿真平台对模型进行仿真分析。

结论

本文在对BESS各部分工作原理分析的基础上，在PSASP7.0UD中建立了BESS机电暂态模型，该模型能够体现BESS充放电功率限制以及电池充放电次数的限制，通过经典PI控制原理对电网相应参量进行调节，利用PSASP7.0用户一体化平台并结合理论分析结果，对所搭建模型进行仿真验证，研究结果表明：

1）该BESS机电暂态模型在响应系统扰动时的输出特性与理论分析结果一致，具有较为准确的外特性变化趋势，能够用于分析BESS在系统暂态稳定调节中的作用。

2）该仿真模型能够很好地植入PSASP7.0仿真平台，并可以无障碍调用。

本文所建模型为之后分析可再生能源及储能大规模接入对电网稳定性的影响提供了理论支撑。