一种基于智能电网的储能系统功率控制研究

发表时间:2017/7/17   来源:《电力设备》2017年第8期   作者:李永亮
[导读] 根据功率调节过程中储能系统直流电压值及变化率,调整功率调节步长 ,不断调节系统功率跟踪功率设定值。能够有效地避免储能电池在功率输出过程中的过充和过放现象,提高储能电池的使用寿命。

        (国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心  广东省广州市  510530)
        摘要:在智能电网中,储能系统经常会遇到过充放问题,储能系统的保护至关重要,本方法通过测量单元采集储能系统直流侧电池电压,通过储能系统功率设定值和实际功率分析计算功率调节基准步长 ;根据功率调节过程中储能系统直流电压值及变化率,调整功率调节步长 ,不断调节系统功率跟踪功率设定值。能够有效地避免储能电池在功率输出过程中的过充和过放现象,提高储能电池的使用寿命。
        关键词:智能电网;过充放;保护;使用寿命
        引言
        储能技术是智能电网、可再生能源接入、分布式发电、微网系统及电动汽车发展必不可少的支撑技术之一,不但可以有效地实现需求侧管理、消除峰谷差、平滑负荷,而且可以提高电力设备运行效率、降低供电成本,还可以作为促进可再生能源应用,提高电网运行稳定性和可靠性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段,此外储能技术还可以协助系统在灾变事故后重新启动与快速恢复,提高系统的自愈能力。近年来,储能技术的研究和发展一直受到各国重视,世界各国都投入了大量的人力、物力进行了很多的应用研究。特别是随着智能电网的构建,储能技术更是发展迅猛,已从小容量小规模的研究和应用发展为大容量与规模化储能系统的研究和应用。到目前为止,人们已经探索和开发了多种形式的电能存储方式,主要可分为机械储能、化学储能、电磁储能和相变储能等。机械储能方式主要有抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能;化学储能方式主要有铅酸电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池等;电磁储能方式有超导储能、超级电容储能和高能密度电容储能等。
        化学储能因为具有转换效率高、能量高密度化和应用低成本化等优点,正在成为大规模储能系统应用和示范的主要形式,在全球范围内已有不少的实际工程项目,成功应用于电力系统的各个领域。
        现有电化学储能系统中,使用外部保护电路或控制算法对储能系统的过充、过放进行保护,但是由于控制系统算法的不完善,不可避免的出现了过充、过放等问题,会大大减弱电化学储能系统的充放电能力,缩短了电化学储能系统的寿命,危害特别大。
        储能系统功率控制方法
        针对以上问题,本研究根据系统下发功率指令控制值,通过实时检测直流侧电压值及其变化率,动态调整功率变化步长,实现储能系统功率的平滑调整,有效避免储能系统的过充过放。
        首先确定合适的储能系统,文章1(“平滑微电网联络线功率波动的储能系统容量优化方法”,王成山等,《电力系统自动化》,第37卷第3期,2013年2月10日)将储能系统划分为功率型和能量型,功率型主要包括超级电容器、飞轮储能,具有快速充放电、寿命长、容量小等特点,能量型主要是用于大容量,以蓄电池为代表,为了能够适应整个系统的功率,本研究选择具有长时间储能,且可反复充电的锂离子电池作为储能系统。如图1所示为储能系统直流侧电压及输出功率检测示意图,外部电网通过变流器连接锂离子电池,变流器选择能够进行AC/DC双向电流的整流逆变器,通过控制器发送PWM脉冲信号进行控制。所述外部电网优选为三相交流电,在外部电网与变流器之间的线路上,设置交流电流、电压互感器,并设置相应的功率计算器,用于根据所述交流电流、电压互感器检测的电流和电压值进行功率计算,并将所计算的功率传送到控制器(图中未示出)。在变流器与电池之间的线路上设置直流电压互感器,用于检测直流端的电压值并传送到所述控制器,所述控制器根据交流侧的功率值和直流侧的电压值进行功率控制。

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