4.1 蓄电池储能系统概述在线视频

同学们好

大家好

我是来自于华北电力大学电力系的孙玉巍

这一章我们学习双向DCDC

变换电路及其在蓄电池储能系统中的应用

本章包括如下内容

蓄电池储能系统的概述

双向DCDC

变换电路的拓扑

双向Buck Boost变换器的工作原理

以及数学模型

然后简单介绍下蓄电池的模型

最后

我们搭建一个基于双向Buck Boost电路的

蓄电池储能系统的控制仿真

我们首先看第一节

蓄电池储能系统的概述

包括储能系统的概述

和蓄电池储能在电力系统中的应用

两部分内容

我们知道

随着新能源发电

微电网和电动汽车等新兴技术和产业的发展

储能技术日益受到关注

目前比较受关注的储能类型

可以分为如下几类

一是化学储能

包括铅酸蓄电池

锂电池

钠硫电池

液流电池等

铅酸蓄电池和锂离子电池

是我们比较熟悉的电池类型

如这个图中给出的是

与大规模光伏电站相配套的锂电池储能系统

它采用的是集装箱式安装

内置电池单元和变网换流器

第二种储能类型是物理储能

物理储能

包括抽水蓄能压缩空气储能

飞轮储能以及弹簧储能等等

抽水蓄能就是利用水的势能储存能量

图中为江苏溧阳抽水蓄能电站的鸟瞰图

第二种是压缩空气储能技术

压缩空气储能技术

是继抽水蓄能之后

第二大被认为适合GW级

大规模电力储能的技术

它的工作原理就是在用电低谷时段利用电能

将空气压缩至高压

并存于洞穴或压力容器中

转化为空气的内能存储起来

然后在用电高峰时段呢

再将高压空气释放出来

驱动燃气轮机发电

最后一种

飞轮储能则是利用飞轮的旋转动能储存能量

如图中所示的飞轮储能装置

它包括飞轮本体和变流器两个子系统构成

第三种储能类型是电磁储能

包括超级电容器和超导储能

超级电容器呢

是拥有高能量密度的电化学电容器

它比传统的电解电容器容量高上数百倍

乃至千倍不等

功率密度就介于传统电容和蓄电池之间

那么在高压大功率应用时候

超级电容器和蓄电池一样

也需要对这个电路单元进行串并联组合

以满足合适的电压功率等级

超导储能是利用超导线圈作为储能线圈

由电网经变流器供电励磁

在线圈中产生磁场而储存能量

然后在需要的时候呢

可经逆变器将所储存的磁场能量

送回电网或提供給其他负载用

那么

各类不同的储能技术

具有各自的优缺点和适用领域

下面这个表中的给出了一个对比

比如抽水蓄能电站

他的技术成熟

成本较低

容量大

寿命长

但是对地理环境有较高的要求

从适用于大规模的调峰调频和备用电源

而电池储能具有能量

密度大

使用便捷的特点

但是目前的成本较高

使用寿命较短

它适用于中小规模的调峰调频

紧急电源和平抑新能源功率波动等

而超导储能

和超级电容器储能的响应速度非常快

转换效率也非常高

属于功率型储能技术

适用于快速功率调节的一个场合

下面我们介绍储能系统在电网中的作用

那么在电网应用中

储能系统的作用涵盖以下多个方面

第一就是提升电网新能源消纳的能力

因为我们知道

风电

光伏等新能源呢

具有随机性和间歇性

当电网啊

当接入电网容量较大的时候呢

电网消纳能力有限

一方面会造成严重的弃风弃光现象

产生较大资源浪费

另一方面的对电网也会造成较大的冲击

不利于电网的安全稳定运行

而解决这一问题的主要技术手段之一

就是增加储能系统

进行功率波动的评议和削峰填谷

从而提高系统的稳定性和电能质量

第二个呢

是参与电力系统辅助服务

我们知道传统电力系统辅助服务

是由特定的电厂承担的

经济性较差

那么储能系统由于具有较快的功率响应速度

启停灵活

因而他在调峰调频

不间断供电和黑启动等方面

都具有较大的应用潜力

第三一个是

延缓电网建设的投资

配置储能系统

能够在一定程度上缓解发电侧

和用电侧的这个风骨特性

从而减缓相应电网建设升级改造的压力

第四是分布式发电和微电网的应用

那么微电网是解决

新能源分布式接入的重要技术手段

通常的要求微电网具有独立运行的能力

为了保持微网内部的功率平衡

那么在微网呢

需要配置一定的储能系统

以增强系统的安全稳定运行能力

第五是用户侧的能量管理

用户侧配置储能系统

就可以再改善自身供电系统的可靠性

和电能质量的同时

参与到大电网的需求侧响应服务

来获得更多的经济效益

总的来说呢

电力系统的储能应用涵盖

从几千瓦至几百兆瓦的容量规模

不同的应用场景需要结合各类储能技术的特点

考虑不同的运行方式

考虑不同的储能方式

比如

在分布式发电和微电网

还有这个用户侧容量相对娇小

他对功率密度的要求呢

也不是特别的高

此时电池储能系统就是比较合适的一个选择

接下来了

我们重点介绍蓄电池储能系统

在电力系统中的应用

蓄电池储能系统

是目前最受关注的储能方式之一

一方面是电网对储能需求日益增加

而蓄电池储能技术呢

是应用较为成熟的技术

另一方面是电动汽车产业的兴起呢

也推动了蓄电池储能技术的快速进步

那么

蓄电池组接入电力系统有哪些形式呢

根据电力系统接入系统的类型

可以分为接入交流系统接入直流系统

还有接入交直流混合系统三种情况

蓄电池组接入交流系统时

通常有两种方式

分别是通过单级式变换

还有两级式变换接入电网

第一种单级式

即只经过一级DC/AC变换

比如这个图中所示

电池组通过三项

或者是单向变流器的接入交流电网

那为了电压匹配和安全的考虑

通常交流网侧还配有工频变压器

这种方式呢

他只有一级变换结构简单

效率较高

但是储能系统的容量选择缺乏灵活性

由于电池组串联数目受限

适用于低压交流系统

而且因为电池端压

在不同的充放电电流和荷电状态下呢

有较大的变化

那为了保证合适的并网变换

电池组的这个电压值和功率器件的

耐压都需要留有足够的裕量

另外

直流电压波动过大

还会是交流输出

也产生谐波

第二种形式是两极式的结构

那么

在两级结构储能系统中的

蓄电池组通过DCDC和DCAC两级变换

接入交流电网

由于增加了一级双向DC/DC变换

就使得逆变器的直流侧电压更稳定

交流侧波形质量也更好

同时呢

DCDC还可以实现升降压变换

也使得储能系统容量配置更加灵活

以及能够接入这个更高电压等级的电网

这种结构它的主要缺点就是

由于增加了一级电力变换环节

从而使得系统的成本增加

变换效率下降

因此工程上还需要综合考虑

那么

除了接入交流系统

蓄电池储能系统接入直流电网

具有更广泛的应用场景

这个图中给出了一个

典型含分布式电源的直流配电网的拓扑

包括这个直流固态变压器

分布式风力发电系统

光伏系统

直流负荷以及储能系统等

蓄电池储能通过双向DCDC变换器

实现相应的电压或功率调节后呢

接入这个低压直流电网

值得注意的是

对于电动汽车而言

如果电动汽车参与电网能量管理的话

那么他有电网接口的变换器

也应该是双向DCDC变换器

最后一种是蓄电池储能以系统集成的方式

接入交直流混合系统

如图中所示蓄电池单元呢

通过双向DCDC接入

光伏风电等新能源发电系统内部的这个直流母线

改善相应系统的稳定性或平滑功率波动

那么这类储能系统还为新能源发电系统

实现虚拟同步发电机特性

提供了稳定的能量支撑

好以上就是我们本节课学习的内容

同学们再见