Методы вычисления состояния заряда ванадиевых проточных аккумуляторов: анализ взаимосвязей

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Ожидается, что в будущем системы накопления энергии будут играть ключевую роль в переходе к энергосистемам с низким уровнем выбросов углекислого газа. Увеличение темпов внедрения возобновляемых источников энергии требует интеграции аккумуляторов, обеспечивающих устойчивость и безопасность энергосистемы и сглаживающих нестабильное поведение возобновляемых источников энергии. Важна также эффективная эксплуатация самих батарей: она продлевает срок их службы, снижая эксплуатационные расходы. Одной из ключевых задач, помогающих управлять аккумуляторными батареями, является мониторинг состояния заряда. В статье проводится анализ существующих явных методов расчета состояния ванадиевых проточных аккумуляторов: метода на основе напряжений холостого хода и метода кулоновского счетчика. Исследуются взаимосвязь между ними и возможность их совместного использования для достижения более надежного и точного отслеживания состояния заряда. В отличие от существующих работ мы получаем аналитическое выражение для общего состояния заряда, учитывающее оба основных компонента батареи, а именно ее стек и резервуары. Анализ их вклада позволяет выявить некоторые недостатки существующих подходов, широко используемых для расчета и мониторинга состояния заряда проточных аккумуляторов.

Об авторах

Сергей Эрнестович Парсегов

Московский физико-технический институт, Сколковский институт науки и технологий, ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

Email: s.e.parsegov@gmail.com
Москва

Михаил Александрович Пугач

Сколковский институт науки и технологий

Email: m.pugach@skoltech.ru
Москва

Виктория Александровна Ерофеева

ФГБУН Институт проблем машиноведения РАН

Email: eva@ipme.ru
Санкт-Петербург

Список литературы

  1. BARSALI S., GIGLIOLI R., LUTZEMBERGER G. et al.Optimised operation of storage systems integrated with mvphotovoltaic plants, considering the impact on the batterylifetime // Journal of Energy Storage. – 2017. – Vol. 12. –P. 178–185.
  2. BARELLI L., BIDINI G., CIUPAGEANU D.-A. et al.Electrical performance analysis of an innovative vanadiumredox flow battery stack for enhanced power densityapplications // IEEE Madrid PowerTech. – 2021. – P. 1–6.
  3. CLEMENTE A., MONTIEL M., BARRERAS F. et al.Vanadium redox flow battery state of charge estimation usinga concentration model and a sliding mode observer // IEEEAccess. – 2021. – Vol. 9. – P. 72368–72376.
  4. CLEMENTE A., CECILIA A., COSTA-CASTELLO R. Socand diffusion rate estimation in redox flow batteries: Ani&i- based high-gain observer approach // European ControlConference (ECC). – 2021. – P. 1640–1644.
  5. DAWEI Q., ZIXUAN L., FAN Y. et al. State ofcharge estimation for the vanadium redox flow batterybased on extended kalman filter using modified parameteridentification // Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization,and Environmental Effects. – 2022. – Vol. 44, No. 4. –P. 9747–9763.
  6. GUARNIERI M., TROV ` O A., MARINI G. et al. High currentpolarization tests on a 9 kw vanadium redox flow battery //Journal of Power Sources. – 2019. – Vol. 431. – P. 239–249.
  7. KHAKI B., DAS P. Fast and simplified algorithms for soc andsoh estimation of vanadium redox flow batteries // IEEE GreenTechnologies Conference (GreenTech). – 2021. – P. 494–501.
  8. LUCAS A., CHONDROGIANNIS S. Smart grid energystorage controller for frequency regulation and peak shaving,using a vanadium redox flow battery // Int. Journal of ElectricalPower & Energy Systems. – 2016. – Vol. 80. – P. 26–36.
  9. MOVASSAGH K., RAIHAN A., BALASINGAM B. et al.A critical look at coulomb counting approach for state of chargeestimation in batteries // Energies. – 2021. – Vol. 14, No. 14. –P. 40–74.
  10. MISYRIS G.S., TENGNER T., MARINOPOULOS A.G.et al. Battery energy storage systems modeling for onlineapplications // IEEE Manchester PowerTech. –2017. –P. 1–6.
  11. PARSEGOV S., PUGACH M., POLYAKOV A. et al. Analysisof flow factor control strategy in vanadium redox flowbatteries // IFAC-PapersOnLine. – 2022. – Vol. 55, No. 9. –P. 187–192.
  12. PULESTON T., CLEMENTE A., COSTA-CASTELLO R. et al.Modelling and estimation of vanadium redox flow batteries:A review // Batteries. – 2022. – Vol. 8, No. 9. – P. 1–21.
  13. QIU Y., LI X., CHEN W. et al. State of charge estimation ofvanadium redox battery based on improved extended kalmanfilter // ISA Trans. – 2019. – Vol. 94. – P. 326–337.
  14. SKYLLAS-KAZACOS M., KASHERMAN D., HONG D. et al.Characteristics and performance of 1 kW UNSW vanadiumredox battery // Journal of Power Sources. – 1991. – Vol. 35,No. 4. – P. 399–404.
  15. TANG A., BAO J., SKYLLAS-KAZACOS M. Studies onpressure losses and flow rate optimization in vanadium redoxflow battery // Journal of power sources. – 2014. – Vol. 248. –P. 154–162.
  16. UDDIN M. , ROMLIE M. F., ABDULLAH M. F. et al.A review on peak load shaving strategies // Renewable andSustainable Energy Reviews. – 2018. – Vol. 82. – P. 3323–3332.
  17. XIONG B., ZHAO J. , SU Y. et al. State of charge estimationof vanadium redox flow battery based on sliding mode observerand dynamic model including capacity fading factor // IEEETrans. on Sustainable Energy. – 2017. – Vol. 8, No. 4. –P. 1658–1667.
  18. ZHENG C., TIAN X., NIE G. et al. State of power and stateof charge estimation of vanadium redox flow battery basedon an online equivalent circuit model // IEEE 18th Int. Conf.on Industrial Informatics (INDIN-2020). – 2020. – Vol. 1. –P. 633–638.
  19. ZHAO X., KIM K., JUNG S. State-of-charge estimation usingdata fusion for vanadium redox flow battery // Journal of EnergyStorage. – 2022. – Vol. 52. – P. 104852.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).