鋰電池儲(chǔ)能在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用探究

郝強(qiáng)強(qiáng)

摘 要：目前，我國(guó)風(fēng)電能源的開(kāi)發(fā)及利用現(xiàn)象十分普遍且我國(guó)也越來(lái)越重視風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性與有效性。為了彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中電力不穩(wěn)等相關(guān)的缺陷，國(guó)家相關(guān)部門引入了鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)以助推風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在大規(guī)模風(fēng)電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的有效應(yīng)用一直備受國(guó)家相關(guān)部門與社會(huì)民眾的關(guān)注。

關(guān)鍵詞：鋰電池儲(chǔ)能;風(fēng)力發(fā)電;應(yīng)用探析

雖然風(fēng)電能源在民眾生活及工業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用都十分普遍，國(guó)家也日益重視對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與完善，但是，由于風(fēng)電能源的開(kāi)發(fā)和利用對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向等自然條件因素的依賴性較大，在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)也較為突出，電網(wǎng)和電壓運(yùn)行的穩(wěn)定性均有待提高與加強(qiáng)。同時(shí)，鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)運(yùn)行、電網(wǎng)故障以及脫離電網(wǎng)這三種情況下均能發(fā)揮相應(yīng)的積極作用以維護(hù)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性與電能輸送的高質(zhì)量性。因此，針對(duì)以上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)等相關(guān)問(wèn)題，國(guó)家相關(guān)部門通過(guò)引入并應(yīng)用鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展道路的探索歷程。

一、鋰電池儲(chǔ)能的應(yīng)用必要性

一方面，目前我國(guó)電網(wǎng)故障問(wèn)題備受關(guān)注且日益重視風(fēng)電電網(wǎng)的安全運(yùn)行工作。鋰電池儲(chǔ)能在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用有效的響應(yīng)了目前我國(guó)新時(shí)代新能源振興規(guī)劃道路的發(fā)展號(hào)召，有利于在維護(hù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)電網(wǎng)及電壓穩(wěn)定性的前提下促進(jìn)風(fēng)力能源的高效利用以及電能輸送的優(yōu)質(zhì)質(zhì)量，有效地提高風(fēng)能資源的利用率以及供電的可靠性與安全性。另一方面，鋰電池儲(chǔ)能能夠在風(fēng)電并網(wǎng)常運(yùn)行的情況下快速且有效的平滑風(fēng)電系統(tǒng)輸出的有功功率波動(dòng)現(xiàn)象，有利于提高風(fēng)電場(chǎng)輸送功率的可控性;在電網(wǎng)出現(xiàn)故障的情況下，鋰電池儲(chǔ)能能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供無(wú)功支持以快速恢復(fù)電網(wǎng)的正常運(yùn)行工作;在脫離電網(wǎng)運(yùn)行的情況下，鋰電池儲(chǔ)能能夠有效的穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的電壓以及電頻率傳輸情況，提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行性能的安全性與高效性。

二、鋰電池儲(chǔ)能教學(xué)模型

鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是利用了鋰電池教學(xué)物理性和數(shù)學(xué)性的兩個(gè)突出特征。首先，我們需要初步了解鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)的組成因素。例如：電池負(fù)荷狀態(tài)、電池堆電勢(shì)、電池的內(nèi)阻損耗和化學(xué)反應(yīng)損耗以及電阻并聯(lián)的電容容量等等。其次，我們需要了解鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)的部分常識(shí)概念。例如：?jiǎn)挝讳囯姵氐臉?biāo)準(zhǔn)電勢(shì)差是3.797伏、溫度系數(shù)k在具體技術(shù)公式的計(jì)算中可忽略不計(jì)以及在室溫條件下溫度系數(shù)k=0.1829等等。更重要的是，我們需要對(duì)具體的鋰電池教學(xué)公式進(jìn)行熟練掌握并要善于進(jìn)行推理分析。例如：電池堆電勢(shì)等于多個(gè)單體電池量與單體電池電壓之積、等效電容等于與電阻并聯(lián)的電容除以多個(gè)單體電池量所得的商、鋰電池荷電狀態(tài)等于電池當(dāng)前儲(chǔ)存的能量除以電池額定容量所得的商等等。

三、鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)

鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要并接在風(fēng)電系統(tǒng)出口處，主要由鋰電池組、雙向dc-dc變流器、dc-ac交流器以及升壓變壓器等精密器件組成。其中，雙向dc-dc變流器在控制dc-ac交流器直流側(cè)電壓的穩(wěn)定輸送過(guò)程中發(fā)揮著有效作用，而dc-ac交流器則在調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)電流分量、調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率以及離網(wǎng)模式下控制負(fù)載端電壓和頻率的穩(wěn)定性等多方面發(fā)揮著積極作用。

四、鋰電池儲(chǔ)能應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）優(yōu)點(diǎn)

首先，鋰電池儲(chǔ)能能夠有效的抑制風(fēng)電功率波動(dòng)問(wèn)題，在風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的正常運(yùn)行、電網(wǎng)故障運(yùn)行以及脫離電網(wǎng)運(yùn)行這三種模式下有效的平滑輸出電量，提高電能質(zhì)量。在正常運(yùn)行情況下，通過(guò)平滑供電系統(tǒng)輸出的有功功率波動(dòng)來(lái)保障風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的電能質(zhì)量與電能穩(wěn)定性。在電網(wǎng)故障運(yùn)行情況下，通過(guò)為電網(wǎng)提供無(wú)功支持來(lái)幫助風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常工作狀態(tài)。在脫離電網(wǎng)運(yùn)行的情況下，通過(guò)穩(wěn)定風(fēng)電電網(wǎng)穿透率以及系統(tǒng)電壓頻率來(lái)提高風(fēng)力電網(wǎng)整體運(yùn)行性能等等。其次，鋰電池儲(chǔ)能的比能量和比功率都較高且自放電較小，在環(huán)境保護(hù)方面對(duì)環(huán)境也較為友好。例如：磷酸亞鐵鋰電池。磷酸亞鐵鋰電池是鋰電池儲(chǔ)能的一個(gè)重要應(yīng)用代表。磷酸亞鐵鋰電池單價(jià)不高，在具體應(yīng)用過(guò)程中成本較低;而且體積較大，使用壽命較長(zhǎng);更重要的是，磷酸亞鐵鋰電池?zé)o污染，在具體風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用中不僅有利于減少?gòu)U氣能源的產(chǎn)生與損害問(wèn)題，而且有利于加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，減少能源污染等等。同時(shí)，與其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，鋰電池儲(chǔ)能容量較大、能源利用效率高、能源密度高且儲(chǔ)能性能優(yōu)秀，在平滑風(fēng)電負(fù)荷、備用電源等多方面都具有廣泛的應(yīng)用與發(fā)展前景。

（二）缺點(diǎn)

一方面，風(fēng)電儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用受具體風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)操作工藝以及環(huán)境溫度差異等方面因素的影響較大，對(duì)具體工藝技能和環(huán)境溫度差異的要求較高。另一方面，鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的成本較高，在具體的運(yùn)用過(guò)程中受資金等相關(guān)因素的影響較大。

五、鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)控制研究

首先，在風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的具體運(yùn)行過(guò)程中，鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的dc-ac變流器主要采用雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)來(lái)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)合情況。其次，可針對(duì)鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的具體運(yùn)行情況進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。例如：在風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的有功功率通過(guò)階低通濾波器得到相關(guān)并網(wǎng)功率的具體參考值，然后在具體的比較參考中實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的具體控制。在風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)故障運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)該優(yōu)先關(guān)注功電流的情況，嚴(yán)格限制有關(guān)電流的流動(dòng)情況。在風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)脫離電網(wǎng)的運(yùn)行過(guò)程中，要及時(shí)的切換開(kāi)關(guān)，在電源開(kāi)關(guān)的平滑切換中保障電網(wǎng)的有效運(yùn)行。最后，應(yīng)重視風(fēng)電系統(tǒng)的系統(tǒng)仿真工作。在具體進(jìn)行風(fēng)電、鋰電池儲(chǔ)能混合系統(tǒng)的仿真工作中，要注意確定具體的仿真參數(shù)。例如：電網(wǎng)線電壓額定值、頻率、額定功率、容量以及單體電池?cái)?shù)等等。也要注重在系統(tǒng)仿真工作中進(jìn)一步探究?jī)?chǔ)能系統(tǒng)發(fā)出的有功功率等等。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鋰電池儲(chǔ)能的優(yōu)缺點(diǎn)以及在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用必要性等多方面的分析，我們了解了鋰電池儲(chǔ)能在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用中的多種優(yōu)越性與積極性。在今后的應(yīng)用道路中，我們也應(yīng)該積極進(jìn)行相關(guān)鋰電池教學(xué)模型與儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究與探索，為我國(guó)風(fēng)電能源高效利用與穩(wěn)定發(fā)展道路以及新能源振興規(guī)劃道路貢獻(xiàn)獨(dú)特力量。

參考文獻(xiàn)

[1] 遲永寧，王偉勝，劉燕華，等.大型風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2016，30（15）：10-14.

[2] 廖勇，何金波，姚駿，等.基于變槳距和轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)控制的直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率平滑控制[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2019，29（18）：71-77.

[3] 張步涵，曾杰，毛承雄，等.電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在改善并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量和穩(wěn)定性中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2020，30（15）：54-58.