电池储能技术在电力系统中的应用

张明勋，丛 鹏，刘光辉

（1.国网西藏电力有限公司，西藏 拉萨 850000；2.国网西藏电力有限公司经济技术研究院，西藏 拉萨 850000；3.国网西藏电力有限公司拉萨供电公司，西藏 拉萨 850000）

0 引 言

目前，我国电网结构复杂性不断提升，峰谷值问题、供电稳定性问题以及可再生能源接入并网问题等日益凸显。为保证电力系统运行稳定，电能质量可靠，储能技术得到了推广应用。它在发电和用电负荷间起到解藕与缓冲作用，维持系统发电与用电负荷基本平衡，以满足用户高质量用电的需求[1]。

1 储能技术概述

1.1 储能技术的提出

随着社会经济的快速发展，电网综合负荷增加且结构日益复杂，面临的挑战主要有：电力负荷峰谷差较大；可再生能源和分布式发电系统的并网，对电力系统的稳定性提出了更高要求[2]；用户对电能质量的要求提高；电力系统需具备一定的自恢复能力，在大电网事故后可以快速恢复正常运行；电力系统提出节能减排和降低损耗等要求。

上述各种问题交错影响，整个电力系统面临着复杂的运行环境，如何有效应对各种新挑战成为现代电力企业发展必须关注的问题。因此，本文主要从储能技术的运用和发展角度展开分析，实现用户侧管理需求，消除峰谷差，支持可再生能源的利用与发展，切实改善电能质量。

1.2 储能技术类型

储能指的是使用某种介质将电能以同种或另外一种电能形式存储起来，并根据实际需求将能量以特定形式释放出来，实现能量的自由存储和功率的双向流动。传统电网“发、输、变、配、用”基本同一时间完成，对此必须维持好各环节功率平衡，具有“刚性”特点。储能系统可为电网增加一个储能环节，实现能量的自由存储和释放，属于“柔性”系统，及时吸收多余功率并补偿功率缺额，增强电网运行的稳定性。

根据不同的能量储存类型和功能，可将储能技术分为以下几种，具体如表1所示。其中，化学储能主要是利用不同的电池储能，响应时间短，效率高，寿命长且应用潜力大。

表1 储能技术类型

2 电力系统电池储能技术及其性能分析

2.1 电池储能技术原理

电池储能技术（BESS）是将电能存储在蓄电池内，是一种成熟的储能方法，具有经济、洁能、高效以及寿命长等诸多优势。基于我国电力系统的发展，BESS的应用前景广阔。电池储能的基本构成如图1所示，主要包括电池系统、功率转换系统以及控制系统。控制系统包括PID控制、反馈线性化控制、自适应控制以及智能控制等[3]。

图1 电池储能系统结构示意图

2.2 几种典型储能电池性能

电化学电池包括锂离子、镍氢、铅酸、钠硫以及液流等多种形式，具体性能数据如表2所示。

结合表2可知，锂离子电池和镍氢电池最具发展前景，尤其是锂离子电池，重量小，体积小，能量密度高，且综合循环效率高。从国内锂离子电池的使用情况来看[4]，主要有3大主流路线，分别为磷酸铁锂体系、三元体系以及钛酸锂体系。其中，磷酸铁锂电池最有发展前景，不仅性能优越，而且价格相对较低，可实现完全可逆，适合大型储能系统，可用于削峰填谷、接入可再生能源以及调节电能质量等方面。

3 实例探析电池储能技术在电力系统中的应用

基于分析可知，锂离子电池储能在电力系统中的运用前景广阔，下文将围绕某调峰调频锂离子电池储能电站展开详细分析。

3.1 工程概况

本项目为4 MW·h/16 MW·h调峰调频锂离子电池储能电站，采用3.456万只磷酸铁锂电池。储能电站由电池、能量转换、电池管理以及监控系统组成，将2段10 kV电缆接入110 kV电网变电站的2段母线，提供调频、调压以及孤岛运行等功能。

3.2 电池储能系统组成

本项目为兆瓦级储能电站，电池数量超过3万只，需以串并结合的方式成组，极易出现环流和充放电不均衡情况，可采用以下处理方法进行解决。

表2 几种典型储能电池性能数据

能量转换系统采用拓扑结构，防止因电池组并联引起不可控环流。能量转换系统包括分组接入单级式能量转换系统和分组接入双级式能量转换系统2种。分组接入单级式能量转换系统拓扑结构如图2所示。

（2）电站采用基于IEC 61850的监控系统，全站信息点共约45万。监测内容包括电池单体的电压、温度以及告警信号等，监控数据量大且要求高。IEC 61850模型中的逻辑设备和逻辑节点如图3所示。

3.3 储能电站应用策略

3.3.1 协调策略

本锂离子电池储能电站接入区域电网的110 kV变电站，具有削峰填谷、孤岛运行、系统调频以及调压等功能。因此，需协调控制上述功能，具体协调内容主要包括日常运行和事故运行，具体控制策略如图4所示。

图2 分组接入单级式能量转换系统拓扑

图3 IEC 61850的逻辑设备和逻辑节点

图4 各运行模式协调策略

3.3.2 示范工程运行情况

储能电站投入运行以来，主要运行结果如表3所示。相关数据的统计结果显示，通过使用储能电站，主变峰谷差降低10%。

表3 储能电站投入运行效果

4 结 论

随着我国电力事业的发展，人们对储能产业提出了更高要求，为其带来了巨大的发展机遇。因此，需将储能技术的研发作为重点来抓，加大资金投入，不断提高储能系统的运用性能[5]。以电池储能技术的研究为例，需进一步加强对电池、能量转换系统以及大功率器件的独立研究，灵活应对不同的应用场景，促使我国储能产业健康持续发展。