基于电池储能电站在风力发电中的应用研究

于银龙 中广核新能源黑龙江分公司

风力一直都是我国重点进行开发的可再生能源之一。近年来，根据国家的政策，风力发电的发展速度得到了大幅度的提高，进行风力发电需要与异步发电机进行共同使用。通常来说，异步发电机具有启动方便、易于进行自动控制以及转子机械强度高等优势，所以多数风力发电厂所采用的异步发电机都是结构较为简单且能够与电网进行直接相连的。但是风力发电厂所处的地区一般位于电网的末端，对冲击进行承受的能力相对较差，可能导致电网受到不利影响，而对电池储能电站进行应用，因为其具有对电力进行调峰的功能，同时可以对电击量的波动情况进行有效跟踪，所以对其进行应用能够有效降低风力发电厂输出电波对电网产生的不利影响。

1.电池储能电站的工作原理及其建模

电池储能电站主要有四个部分构成，分别是蓄电池组、逆变器、控制装置以及变压器，其中的等效电路可以通过一个变流器模型和一个电池的电化学等效电路进行模拟，如图一。

1.1 变流器数学模型

对能量双向流动的变流器进行使用，能够将直流侧电池组和交流电网之间的能量交换进行有效地实现，同时为了促使变流器开关的变换速度得到提高，可以对不计调制波频率动态变化过程的变流器相应的平均数学模型进行使用。在此基础上，达到三相平衡的情况时，就可以不对零序分量进行考虑，所以在本次研究中对低频变流器数学模型进行采用：

在式（1）——式（3）中，比例系数使用K进行表示，可控量使用进行表示，二者为储能电站的输出电压于系统电压所产生的夹角；同时，ιL1-d、ιL1-q二者分别代表交流侧电流（ιL1）相应的两个轴的分量，且ω表示的是角频率，t表示的是时间。

1.2 电池组的数学模型

在此处我们主要对铅酸蓄电池进行研究，采用的模型是三阶非线性动态等效电路模型，并且本次中所采用的模型属于铅酸蓄电池动态等效模型中的特别例子，如图二。

图二 三阶非线性动态等效电路模拟

通过对图二进行观察我们可以发现，在我们所使用的三阶非线性等效电路模型中，存在一个代数寄生支路和两个R-C网络的主反应支路，并且等效电路就是由代数寄生支路和R-C网络的主反应支路共同构成的，另外，等效电路模型中还包括对soc（蓄电池的荷电状态值）进行计算和公式、对 （温度）进行计算的公式以及对电路元件参数进行计算的公式。

通过相关公式我们可以认为，温度 以及放电电流I在铅酸蓄电池中的容量：

在式（4）中，使用C0对温度处于0℃的环境时电流Iref进行放电时所得的蓄电池容量进行表示；使用ice对蓄电池电解液的冰点温度进行表示，使用Kc、 以及c对经验参数进行表示，并且当蓄电池以及Iref（参考电流）处于稳定状态时，经验参数应为常数；同时，使用 对蓄电池电流进行表示，使用 对电解液的温度值进行表示。

在能够对铅酸蓄电池容量进行确认的基础上，我们可以采用通过公式进行计算的方式对soc（蓄电池的荷电状态值）以及DOC（放电深度）计算：

在式（5）和式（6）中，C（0， ）表示在铅酸蓄电池处于温度 环境下的额定容量；C（Iavg， ）表示在铅酸蓄电池处于温度 环境下的平均放电电流为Iavg时的蓄电池容量；Qtot表示的是蓄电池在进行放电过程中所累积的电荷量，其可采用公式（7）进行计算：

在式（7）中，使用t对放电时间进行表示，当t=0，也就是处于初始状态时，蓄电池也处于充满电的状态。

此时进行一个假设，当蓄电池电解液温度均一时，可采用式（8）对铅酸蓄电池的温度进行表示：

在式（8）中，将蓄电池的热电容使用C进行表示，将蓄电池与环境之间的热电阻使用R进行表示，将环境温度使用a进行表示，将热源功率使用Ps进行表示。这一公式能够将蓄电池内部放出的热量进行有效反应。

而通过使用式（9）进行计算，我们可以对bp（主反应支路R-C网络的时间常数）：

在蓄电池处于给定的情况下，bp（时间常数）也就是定值，所以在此情况下，在R-C网络中可是采用式（10）对电流关系进行表示：

其它各个电气元件在三阶非线性动态等效电路模型中的参数可采用式（11）、式（12）、式（13）以及式（14）进行表示：

在式（11）、式（12）、式（13）以及式（14）四个公式中，蓄电池组初始状态、零序状态等效串联电阻分别可以使用R1、R10、R2、R20进行表示，初始状态的开路电压使用Uboc0进行表示，主反应支路的初始状态的等效并联电阻使用Rbp0进行表示，蓄电池相关的常数组主要使用Ke、A0、A21以及A22进行表示。

模型中的寄生支路具有极强的非线性，式（15）即可以对寄生支路的电流进行表示：

在式（15）中，使用Gp对温度和电压的函数进行表示，那么Gp应为：

在式（16）中，温度的初始值为Gp0，冰点温度所对应的电压值是Up0，与蓄电池相关的常数是Ap。

在对该模型进行求解之后能够取得 相应状态下的变量之解，之后就可以通过电路定律对铅酸蓄电池下回合的多种电学特性进行求解，例如电压以及电流外特性等，均可通过计算求得。

2.电池储能电站的用途和意义

通过电池储能电站的实际应用，我们认为，其用途及意义主要可以分为4点：第一，能够提高电网的接纳比例，促使新能源得到充分利用，降低有害气体的排放量；第二，对负荷曲线进行有效调整，促使配电设备和线路的利用率得到提高；第三，对电网调频进行参与，促使供电水平得到改善；第四，对部分地区的供电质量进行改善。

结束语：储能是一项关系到国计民生的重要事业，对储能技术进行发展是我国能源发展战略的重要组成部分之一。在进行风力发电的过程中对电池储能电站进行应用，其能够在电网供电的过程中发挥出重要的作用，不仅提高了电网供电的质量，也在一定程度上起到了节约能源、保护环境的作用，由此可见，电池储能电站具有重要的使用价值，所以还希望国家相关部门能够积极出台相应的保护和推广政策，以促进储能事业得到良好发展。