周芥鋒

摘 要：在我國(guó)，能源是人民生活與生產(chǎn)中最為基礎(chǔ)的物質(zhì)保證，占據(jù)著舉足輕重的位置。而電能則是能源中最為貼近生活，且與我們生活息息相關(guān)，也是現(xiàn)代生活中最為方便的能源形式。在我國(guó)傳統(tǒng)電力的系統(tǒng)中，電能基本上是一氣呵成的，這就需要我們時(shí)時(shí)刻刻的維持住輸電功率的動(dòng)態(tài)平衡，如果控制不住，那就會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題和安全隱患。本文重點(diǎn)闡述了鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)建模及其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。

關(guān)鍵詞：鋰離子；電池儲(chǔ)能系統(tǒng)建模；電網(wǎng)穩(wěn)定性影響

中圖分類號(hào)： TB13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）26-167-2

1 儲(chǔ)能技術(shù)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1 電力系統(tǒng)的削峰填谷

在我國(guó)社會(huì)不斷發(fā)展的現(xiàn)階段，無(wú)論是我國(guó)工業(yè)上還是商業(yè)上用電，用電量都在不斷提高。在大規(guī)模的配電網(wǎng)中仍然會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷率低的情況，而且在不同的時(shí)段、不用的季節(jié)都存在很大的差異。此時(shí)，儲(chǔ)存系統(tǒng)就產(chǎn)生了巨大作用。如在電網(wǎng)中配備大規(guī)模的、高性能的儲(chǔ)存系統(tǒng)，那就可以在用電低谷的時(shí)候?qū)㈦娔軆?chǔ)存，在用電高峰期的時(shí)候釋放出來(lái)，這樣就可以滿足負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)削峰填谷。

1.2 新能源分布式發(fā)電的靈活接入和穩(wěn)定輸出

在國(guó)內(nèi)，隨著我國(guó)的各種資源的枯竭與環(huán)境的持續(xù)惡化，尋找新的能源代替品已提上日程。太陽(yáng)能、風(fēng)能以及地?zé)崮芏贾饾u被重視起來(lái)，世界各國(guó)都在這些方面投入了大量的人力物力?，F(xiàn)階段，新能源分布式發(fā)電的靈活接入和穩(wěn)定輸出為電力事業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)也隨之發(fā)展壯大，在我國(guó)得到大力的扶持與發(fā)展。

2 鋰離子電池概況及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 鋰離子電池的概況

世界上對(duì)于鋰離子電池的研究最早是從20世紀(jì)的六七十年代開(kāi)始的，當(dāng)時(shí)最主要就是以金屬鋰以及鋰的合金作為負(fù)極，當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)就是鋰的一次電池。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在20世紀(jì)八十年代的時(shí)候又發(fā)現(xiàn)將鋰的石墨鑲嵌到化合物中作為電池的負(fù)極，由此開(kāi)啟了鋰的二次電池時(shí)代。發(fā)展到現(xiàn)在的磷酸鐵鋰電池，這種鋰離子電池是目前來(lái)說(shuō)，性能最好的，最有發(fā)展前景的電池。

2.2 鋰離子電池在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在電池中，鋰離子電池自成一個(gè)體系。錳酸鋰電池是現(xiàn)階段電車上用的做多的，它的性能也是運(yùn)用到電車上最好的材料。還有就是鈷酸鋰電池，這種電池應(yīng)用的最廣泛，它主要是應(yīng)用于通信行業(yè)，例如：電腦、手機(jī)等等。而真正可以運(yùn)用到電網(wǎng)上的還當(dāng)屬磷酸鐵鋰電池，磷酸鐵鋰應(yīng)用最為成功的還是美國(guó)，美國(guó)也是代表著世界科技前沿的水平。

3 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)建模及其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響

為了可以有效地研究鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)建模及其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響，我們對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的數(shù)學(xué)建模，以及進(jìn)行仿真研究。下文就通過(guò)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響的仿真以及鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響的研究三個(gè)方面進(jìn)行探究。針對(duì)這是三個(gè)方面，我們進(jìn)行了一系列的仿真實(shí)驗(yàn)，并對(duì)這些仿真結(jié)果進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)。根據(jù)下文的結(jié)果，我們可以詳細(xì)地了解到鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)建模及其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響。

3.1 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模

為了更好地研究鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，我們?yōu)樗鼊?chuàng)建了一個(gè)新的并網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模，圖1為鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)拓?fù)?/p>

儲(chǔ)能并網(wǎng)系統(tǒng)通常包括幾種部分，電池管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、儲(chǔ)能裝置以及逆變器系統(tǒng)等。我們可以做一系列的假設(shè)：首先是濾波器的電感線性、無(wú)飽和現(xiàn)象；再有就是一切的損耗和影響我們現(xiàn)階段忽略不計(jì)。這樣我們最終采取的數(shù)學(xué)建模的形式如圖2，為簡(jiǎn)化后的儲(chǔ)能并網(wǎng)結(jié)構(gòu)三相橋式逆變器通常有兩種建模方法，分別是開(kāi)關(guān)函數(shù)建模法和占空比建模法。其中開(kāi)關(guān)函數(shù)建模法適用系統(tǒng)仿真、占空比建模適用控制設(shè)計(jì)，基于上文假設(shè)、綜合考慮。

3.2 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響的仿真研究

經(jīng)過(guò)我們對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能逆變系統(tǒng)線性增量建模、接入鋰離子電池儲(chǔ)能的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)建模以及接入鋰離子電池儲(chǔ)能的兩區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)建模這三個(gè)建模理論的研究，在Matlab軟件中分別建立接入鋰電儲(chǔ)能的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)模型和兩區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)模型。分別在充放電的形式下對(duì)比接入儲(chǔ)能與無(wú)儲(chǔ)能時(shí)的功角振蕩曲線，再仿真出不同的儲(chǔ)能對(duì)功角穩(wěn)定的影響程度，之后討論出容量的配置問(wèn)題。通過(guò)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響的仿真研究可以有效地、清晰地了解到鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響的要素。建立仿真模型，分別在放電和充電模式下觀測(cè)系統(tǒng)接入20MW鋰電儲(chǔ)能前后在小擾動(dòng)時(shí)的功角振蕩曲線。為便于分析儲(chǔ)能的運(yùn)行狀態(tài)，這里一并給出接入儲(chǔ)能后的電池電流IBEs和電池電壓增量4VBOc的仿真曲線。仿真結(jié)果如圖3。

系統(tǒng)接入20MW鋰電儲(chǔ)能后，功角穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。因系統(tǒng)本身具有阻尼效應(yīng)，無(wú)儲(chǔ)能條件下發(fā)生小擾動(dòng)時(shí)，仍可經(jīng)過(guò)一段時(shí)間振蕩后恢復(fù)穩(wěn)定（放電模式，機(jī)械功率正向擾動(dòng)，功角瞬時(shí)上升，后波動(dòng)趨穩(wěn)；充電模式反之）。

3.3 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響研究

隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展和壯大，以及我國(guó)電網(wǎng)的綜合負(fù)荷也不斷提高，復(fù)雜程度也隨之變強(qiáng)，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性也面臨著非常巨大的挑戰(zhàn)。在我國(guó)，最傳統(tǒng)的電力電網(wǎng)主要是依靠繼電保護(hù)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，而現(xiàn)階段隨著電網(wǎng)的復(fù)雜性提高，傳統(tǒng)的穩(wěn)定系統(tǒng)已無(wú)法滿足要求，更多的電網(wǎng)穩(wěn)定性措施也在不斷創(chuàng)新與發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)功率平衡，為電網(wǎng)提供了主動(dòng)致隱途徑，鋰離子電池是現(xiàn)代電力系統(tǒng)大規(guī)模儲(chǔ)能裝置，有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。電網(wǎng)儲(chǔ)能裝置專作穩(wěn)定控制將在我國(guó)大力發(fā)展。鋰離子電池儲(chǔ)能對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，著重關(guān)注功角穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定兩方面。首先對(duì)儲(chǔ)能應(yīng)用于電網(wǎng)穩(wěn)定的研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)要分析，繼而根據(jù)已建的銼電池等效電路模型結(jié)合逆變?cè)碓诶碚撋线M(jìn)一步推導(dǎo)、分析，線性化處理，形成了適于穩(wěn)定研究的線性增量模型，然后建立了接入鋰電儲(chǔ)能的單機(jī)無(wú)窮大模型和兩區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)模型。

4 結(jié)論

在我國(guó)，對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)建模及其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響的研究有獨(dú)特的結(jié)論。本文研究了鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)在我國(guó)現(xiàn)代電力電網(wǎng)中的應(yīng)用，深刻分析了在現(xiàn)代電網(wǎng)中面臨的挑戰(zhàn)，詳細(xì)介紹了鋰離子電池儲(chǔ)能體統(tǒng)的原理。雖然鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)仍存在不足之處，但經(jīng)過(guò)我國(guó)多年的發(fā)展，已逐漸得到完善，并為我國(guó)的電力事業(yè)的發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。