風帆蓄電池在電力行業中的應用
2013/5/30 2:07:20
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詳細介紹
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| 迄今為止，由于電力系統缺乏有效地大量儲存電能的手段，發電、輸電、配電與用電必須同時完成，這就要求系統始終處于動態的平衡狀態中，瞬間的不平衡就可能導致安全穩定問題。大功率逆變器的出現為儲能電源和各種可再生能源與交流電網之間提供了一個理想的接口。從長遠的角度看，由各種類型的電源和逆變器組成的儲能系統可以直接連接在配電網中用戶負荷附近，構成分布式電力系統，通過其快速響應特性，迅速吸收用戶負荷的變化，從根本上解決電力系統的控制問題。
可用在電力系統中的儲能電源種類繁多，比較常見的有超導儲能(SMES)、電池儲能(BESS)、飛輪儲能、超級電容器儲能、抽水儲能、壓縮空氣儲能等。在各種類型的儲能電源當中，電池儲能系統是一種比較適合電力系統使用的儲能電源，具有技術相對成熟、容量大、安全可靠、無污染、噪聲低、環境適應性強、便于安裝等優點。
2電池儲能系統的基本原理
電池儲能系統主要有電池組和變流器兩部分組成，其變流器主要是基于電壓源型變流器，其基本結構如圖1所示。
電池組部分一般采用技術比較成熟的鈉硫電池或鉛酸電池，其中鈉硫電池在能量密度、使用壽命、運行效率上有較明顯優勢，所以鈉硫電池的應用更廣泛。鈉硫電池與鉛酸電池特性參數比較如表1所示。
變流器的實質是大容量的電壓逆變器，它是連接儲能電池和接入電網之間的接口電路，實現了電池直流能量和交流電網之間的雙向能量傳遞。電池儲能系統的電路原理圖如圖2所示。
圖2中電池儲能系統等效為一個理想的電壓源，其電壓的幅值為U1，電壓相角為H；串聯的R、L代表總的功率損耗、線路損耗等；電池儲能系統注入電力系統的電流的幅值為IL，電流相角為U；電力系統的接入點的電壓幅值為US，電壓相角為D。
在電池儲能系統中，電壓幅值U1和電壓相角H都是可以控制的，當我們需要向系統注入有功功率時，便可以控制H>D，這時電池儲能系統的電壓相角超前于系統接入點的電壓相角，所以有功功率由電池儲能系統流入系統；反之亦然。當我們需要向系統注入無功功率時，便可以控制U1>US，這時電池儲能系統的電壓幅值高于系統接入點的電壓幅值，所以無功功率由電池儲能系統流入系統；反之亦然�？梢�，適當的調整換流器來控制電池儲能系統的電壓幅值U1和相角H，便可以實現電池儲能系統與接入的電力系統之間的有功功率和無功功率的交換。
3電池儲能系統在電力系統中應用的目的
電池儲能系統在電力系統中有著極為廣泛的應用，因為它本身可以快速的對接入點的有功功率和無功功率進行調節，所以可以用來提高系統的運行穩定性、提高供電的質量，當其容量足夠大時，甚至可以發揮電力調峰的作用。
現階段，我們對電池儲能系統的應用，根據接入電力系統的位置的不同，主要有兩種：
(1)把電池儲能系統接在發電側
我們一般是把電池儲能系統接在發電機端，升壓變電站的出口處。圖3是單擊無窮大系統在發電機升壓變壓器出口處接入電池儲能系統的示意圖。
圖3中Us為電池儲能系統的接入點電壓，Uo為無窮大母線電壓。
當電池儲能系統接在這個位置時，它主要用來提高發電機的穩定運行能力。當發電機受到擾動時，它可以迅速的吸收不平橫的功率流，緩解轉子的振蕩，使發電機在受到各種擾動時，輸出的狀態量更加的穩定。
(2)把電池儲能系統接在負荷側
當用戶側對電能質量和電壓波形要求較高時，例如電子芯片制造業，這時就需要把電池儲能系統接在負荷側。圖4是電池儲能系統接在負荷側的示意圖。
圖4中US為電池儲能系統的接入點電壓，U0為無窮大母線電壓，M為等效的動態負荷，即感應電動機的等效模型，SL為等效的靜態負荷。動態負荷與靜態負荷的比例依照不同的負荷情況并不相同，在工業負荷中，一般動態負荷占比較大的比例。
當電池儲能系統接在這個位置時，由于它可以迅速的調節接入點的有功功率和無功功率，當系統發生擾動時，它可以快速的穩定功率，平穩負荷的母線電壓，能很好地穩定系統電壓，保證用戶電壓波形的光滑性，從而能有效地提高供電的電能質量。
4電池儲能系統的發展現狀
電池儲能系統是近年來國外儲能系統在電力系統中的應用和研究的熱點之一。1983年起日本東京電氣公司聯合NGK公司展開了對硫化鈉電池作為儲能物質的研究。1992年12月在川崎建立了原理試驗性質的50kW，400kWh的NAS電池儲能系統；1997年和1999年先后建立了兩座6000kW，48000kWh的電池儲能系統。
美國對電池儲能系統的研究起步較晚，但因為在美國的大城市新擴建輸配電系統成本極高，以及具有高度自動化生產的工業區或信息技術中心都需要有高可靠性、高質量的電能供應，因此能運行在四個象限的BESS引起了市場的廣泛興趣，因此研究速度迅速。美國電力公司于2002年9月研制了北美第一臺容量為500KW采用NAS電池的BESS。美國阿拉斯加電網于2004年安裝了一臺峰值可達2617mW的采用鎳鎘蓄電池的BESS，將來可繼續對其進行擴充，容量最大可達到40mW。截止到2004年12月，全世界大約已建造超過500kW的采用NAS電池的BESS59個，總容量達88mW。
德國很早就對BESS在電力系統中的應用進行了研究，1979年研制生產了儲能測試設備，1981年完成了大規模鉛酸蓄電池儲能電池組，電池電壓24V，電流660A，功率1518kW，效率84%。電池組共有7080只電池組成，每路有590只電池串聯、而后成12路并聯。
由該電池組構成的電池儲能系統，總容量為17mW，配備有兩組815mW電力轉換器。該系統已于1987年投入商業運行，用于電力系統尖峰負荷轉移及頻率控制。
5結論
近年來，我國的電力系統建設正處于高速發展的階段，供電緊張、有、無功儲備不足、輸電效率低等問題開始出現。同時，隨著高精度生產工業的崛起，奧運會的臨近，對負荷側的供電質量提出了更高的要求。這些都為電池儲能系統的發展提供了更廣闊的空間。
電池儲能系統在電力系統中應用可以提高系統的運行穩定性、提高供電的質量，甚至可以達到調峰的目的。而隨著大功率逆變器技術的不斷成熟，電池技術的不斷發展，電池儲能系統在電力系統中的應用前景將越來越廣泛。
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