锂电池储能在风力发电系统中的应用探究

郝强强

摘 要：目前，我国风电能源的开发及利用现象十分普遍且我国也越来越重视风力发电系统运行过程中的稳定性与有效性。为了弥补风力发电系统中电力不稳等相关的缺陷，国家相关部门引入了锂电池储能技术以助推风力发电系统的稳定运行。因此，在大规模风电系统开发的过程中，锂电池储能技术在风力发电系统中的有效应用一直备受国家相关部门与社会民众的关注。

关键词：锂电池储能;风力发电;应用探析

虽然风电能源在民众生活及工业发展中的应用都十分普遍，国家也日益重视对风力发电系统的开发与完善，但是，由于风电能源的开发和利用对风速、风向等自然条件因素的依赖性较大，在电网运行过程中波动性和间歇性的特点也较为突出，电网和电压运行的稳定性均有待提高与加强。同时，锂电池储能技术在电网运行、电网故障以及脱离电网这三种情况下均能发挥相应的积极作用以维护风电并网运行过程中的稳定性与电能输送的高质量性。因此，针对以上风力发电系统运行不稳等相关问题，国家相关部门通过引入并应用锂电池储能技术进行了相应风力发电系统发展道路的探索历程。

一、锂电池储能的应用必要性

一方面，目前我国电网故障问题备受关注且日益重视风电电网的安全运行工作。锂电池储能在风力发电系统中的应用有效的响应了目前我国新时代新能源振兴规划道路的发展号召，有利于在维护风力发电系统电网及电压稳定性的前提下促进风力能源的高效利用以及电能输送的优质质量，有效地提高风能资源的利用率以及供电的可靠性与安全性。另一方面，锂电池储能能够在风电并网常运行的情况下快速且有效的平滑风电系统输出的有功功率波动现象，有利于提高风电场输送功率的可控性;在电网出现故障的情况下，锂电池储能能够为电网提供无功支持以快速恢复电网的正常运行工作;在脱离电网运行的情况下，锂电池储能能够有效的稳定系统运行过程中的电压以及电频率传输情况，提高风力发电系统运行性能的安全性与高效性。

二、锂电池储能教学模型

锂电池储能技术在风力发电系统中的应用主要是利用了锂电池教学物理性和数学性的两个突出特征。首先，我们需要初步了解锂电池储能技术的组成因素。例如：电池负荷状态、电池堆电势、电池的内阻损耗和化学反应损耗以及电阻并联的电容容量等等。其次，我们需要了解锂电池储能技术的部分常识概念。例如：单位锂电池的标准电势差是3.797伏、温度系数k在具体技术公式的计算中可忽略不计以及在室温条件下温度系数k=0.1829等等。更重要的是，我们需要对具体的锂电池教学公式进行熟练掌握并要善于进行推理分析。例如：电池堆电势等于多个单体电池量与单体电池电压之积、等效电容等于与电阻并联的电容除以多个单体电池量所得的商、锂电池荷电状态等于电池当前储存的能量除以电池额定容量所得的商等等。

三、锂电池储能系统

锂电池储能系统主要并接在风电系统出口处，主要由锂电池组、双向dc-dc变流器、dc-ac交流器以及升压变压器等精密器件组成。其中，双向dc-dc变流器在控制dc-ac交流器直流侧电壓的稳定输送过程中发挥着有效作用，而dc-ac交流器则在调节网侧电流分量、调节有功功率和无功功率以及离网模式下控制负载端电压和频率的稳定性等多方面发挥着积极作用。

四、锂电池储能应用的优缺点

（一）优点

首先，锂电池储能能够有效的抑制风电功率波动问题，在风电系统并网运行过程中出现的正常运行、电网故障运行以及脱离电网运行这三种模式下有效的平滑输出电量，提高电能质量。在正常运行情况下，通过平滑供电系统输出的有功功率波动来保障风电并网系统运行过程中的电能质量与电能稳定性。在电网故障运行情况下，通过为电网提供无功支持来帮助风电并网系统迅速恢复正常工作状态。在脱离电网运行的情况下，通过稳定风电电网穿透率以及系统电压频率来提高风力电网整体运行性能等等。其次，锂电池储能的比能量和比功率都较高且自放电较小，在环境保护方面对环境也较为友好。例如：磷酸亚铁锂电池。磷酸亚铁锂电池是锂电池储能的一个重要应用代表。磷酸亚铁锂电池单价不高，在具体应用过程中成本较低;而且体积较大，使用寿命较长;更重要的是，磷酸亚铁锂电池无污染，在具体风力发电系统的应用中不仅有利于减少废气能源的产生与损害问题，而且有利于加强环境保护，减少能源污染等等。同时，与其他储能技术相比，锂电池储能容量较大、能源利用效率高、能源密度高且储能性能优秀，在平滑风电负荷、备用电源等多方面都具有广泛的应用与发展前景。

（二）缺点

一方面，风电储能技术的应用受具体风电并网运行系统操作工艺以及环境温度差异等方面因素的影响较大，对具体工艺技能和环境温度差异的要求较高。另一方面，锂电池储能技术研发与应用的成本较高，在具体的运用过程中受资金等相关因素的影响较大。

五、锂电池储能系统控制研究

首先，在风电并网系统的具体运行过程中，锂电池储能系统的dc-ac变流器主要采用双闭环控制结构来控制开关的开合情况。其次，可针对锂电池储能系统的具体运行情况进行相应的控制操作。例如：在风电并网系统正常运行过程中，风力发电系统发出的有功功率通过阶低通滤波器得到相关并网功率的具体参考值，然后在具体的比较参考中实现有功功率和无功功率的具体控制。在风电并网系统故障运行过程中，应该优先关注功电流的情况，严格限制有关电流的流动情况。在风电并网系统脱离电网的运行过程中，要及时的切换开关，在电源开关的平滑切换中保障电网的有效运行。最后，应重视风电系统的系统仿真工作。在具体进行风电、锂电池储能混合系统的仿真工作中，要注意确定具体的仿真参数。例如：电网线电压额定值、频率、额定功率、容量以及单体电池数等等。也要注重在系统仿真工作中进一步探究储能系统发出的有功功率等等。

结束语

通过对锂电池储能的优缺点以及在风力发电系统中应用必要性等多方面的分析，我们了解了锂电池储能在风力发电系统应用中的多种优越性与积极性。在今后的应用道路中，我们也应该积极进行相关锂电池教学模型与储能系统的研究与探索，为我国风电能源高效利用与稳定发展道路以及新能源振兴规划道路贡献独特力量。

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