浅谈新能源发电系统中储能系统的应用分析

成都大汇智联科技有限公司 李 炜

在新能源发电储能系统中，要结合实际控制规范维持应用的合理性，并且发挥不同储能元件的应用优势作用，打造完整的储能应用控制平台，结合算例分析明确控制效果和仿真重点，提升机组综合运行效率，实现经济效益和社会效益的和谐统一。

1 新能源发电概述

1.1 新能源发电

所谓新能源发电，指的就是在新技术基础上结合实际情况，充分利用可再生能源实现发电，较为常见的新能源包括太阳能、生物质能、风能、地热能以及潮汐能等，利用能源完成发电工作。目前新能源发电已经成为环保型发电的关键技术体系，也在电能管理工作中发挥了重要的作用。

一方面，新能源发电具有资源丰富、可持续、环保的特性，整体资源结构使得新能源发电项目的长远发展布局更加清洁可行，尤其是资源丰富的特性，为经济效益和环保效益的平衡创设了良好的平台；另一方面，新能源发电依旧存在随机性、间歇性以及波动性特点，这就使得对电网安全稳定运行和系统调度管理产生影响，需要更加科学合理的智能化建设模式，才能为储能、调峰、调频等工作的全面优化予以支持。

1.2 储能系统

储能系统具有较强的时间性和空间性特点，借助装置更好地完成能源的利用，并且借助对应的装置完成多余能量的存储，在使用高峰能提取对应储存的能量，将其应用在能量紧缺的地方。也正是基于这种处理机制，能更好地提升资源利用率。需要注意的是，能量本身的时间特性、形态特性以及数量差异特性都会对新能源开发过程、转换过程等产生影响，此时，就要结合新能源的具体情况适当采取更加匹配的储能系统，才能最大程度上发挥储能技术的应用优势，完成新能源能量的存储和释放，调节能量的应用环境，一定程度上保证储能效果最优化。

2 新能源发电系统中储能元件分类

在市场经济不断发展的时代背景下，各项科学技术的研发和推广也进入高速运行的状态，储能装置的发展和储能元件的进步，能结合不同环境以及使用要求落实相应工作。其具体特征分析如下：

基本参数对比，主要包括额定的容量、比容量以及比功率，评估不同储能元件的应用基础性能（表1）[1]。应用效率，对于储能工作而言，不同储能形态的应用效率是影响其实际应用效能的关键，要结合实际情况和具体应用空间落实对应的选择方案。各类储能形式的效率分别为：铅酸电池60%～80%、锂电池85%～95%、飞轮70%～80%、抽水储能60%～70%、超导储能80%～95%、液流电池70%～80%。

表1 各类储能形式的基本参数

应用成本。在选取储能元件的过程中不仅要综合考量其相关应用参数，也要结合实际环境从经济性的角度出发，综合分析成本因素[2]。各类储能形式的成本分别为：铅酸电池25$/kW/年、锂电池120$/kW/年、飞轮40～80$/kW/年、抽水储能200$/kW/年、超导储能200$/kW/年、液流电池60$/kW/年；使用寿命。任何系统元件都具备相应的使用年限，各类储能形式的使用年限分别为：铅酸电池2×102～5×103/次、锂电池103～104/次、飞轮104～6×104/次、抽水储能104～5×104/次、超导储能104～105/次、液流电池＜1.4×104/次。

在全面评估不同储能元件应用价值和应用效能的同时，混合储能系统受到了更多的关注，利用蓄电池组（铅酸电池）和超级电容予以混合处理，能在风光互补发电系统应用处理的基础上，更好地维持项目成本和使用频率，减少不确定性问题和能源波动性造成的影响。

3 新能源发电系统中储能系统的应用

要明确储能系统的应用原理，结合具体应用环境和要求选取适配的储能元件，确保储能系统能发挥其实效性价值，从而为新能源发电创设良好的平台，减少资源损耗的基础上，促进环保效能的全面提升。

3.1 工作原理

铅酸蓄电池工作原理。由图1可知，正负极的两侧匹配对应的活性物质，正极是PbO2，负极则是海绵状的铅单质，电解质溶液为硫酸水溶液，利用内部的化学反应完成充电、放电工作，并且建立对应的能量转化过程[3]：Pb+HSO_4→PbSO_4+H++2e-、PbO2+3H++HSO_4+2e-→PbSO_4+2H2O、PbO2+Pb+2H2SO_4→2PbSO_4+2H2O。结合化学方程式可知，在能源转化的前后没有物质的损耗，能实现双向的放电、充电过程，基于此，蓄电池组在应用过程中维护成本较低，利用反复充放电的处理方式提升能源系统应用效率和储能价值。

图1 铅酸电池内部构造

串并联型储能系统原理。在内部电路结构中，将电感和电容滤波作为应用运行的根本，将其并联在电网的两端位置，配合补偿变换器就能建立完整的工作状态。与此同时，变换器要对变压器予以处理，从而进一步控制系统的电压参数和负载电压参数，在调节有功功率和无功功率的过程中就实现了内部运行的平衡态[4]。值得一提的是，串联补偿变换器则是利用稳定内部电压的方式全方位补偿电压体系，确保储能系统能发挥其应用价值，更好地将电池组和超级电容连接起来，维持整体应用效率。

超级电容器工作原理。由图2可知，集电极和电解液共同作用下，利用多孔电极匹配隔膜结构，就能实现充电和放电的处理，形成双电层结构。尽管单体超级电容器的能量一般，若是将大量的超级电容器予以串并联，则形成电容器组，就能在提升电容参数和电压参数的同时，维持良好的储能量[5]。

图2 超级电容器内部构造

3.2 储能装置模型的建立

首先，建立蓄电池组模型，完成单体建模工作，给予额定电压和容量参数，假设m个单体蓄电池构成基础储能结构，则装置的总能量为Ebatm=mCbatUbat/106；其次，对超级电容器组予以建模，针对超级电容器单体完成建模，确定端电压和电容参数后，假设n个单体超级电容器构成储能装置，则装置总能量为；最后，对储能模型予以优化，匹配对应的粒子群算法，并结合应用要点维持算法处理的最优化。

3.3 控制策略

在混合储能系统应用工作中，不仅要对模型和应用实效性予以监管，也要匹配相应的控制系统策略机制，维持控制合理性。在系统控制结构中，借助闭环调节的方式，能对每个环路中的内环电流予以监管，并且匹配外环电压控制模块，建构完整的分析和应用体系，保证升压变换器和外环电压控制工作都能按照标准化流程有序推进。与此同时，结合截止频率低通滤波器完成滤波处理工作，之所以建立电压控制环，就是为了能更好地完成电流控制环相关参考信号的控制和处理[7]。

第一，要维持电容器C1的输出参考电压，结合对应的数据分析模式维持参数处理的合理化，确保控制环内具体操作有效且可行性高；第二，要将高频的电流变化分量集中分配到对应的超级电容器中，维持对应元件控制的合理性和科学性，提升应用效率和综合储能水平；第三，要维持超级电容器的电压能在预设参考电压数值范围内，保证参考数值的规范效果；第四，要对蓄电池组进行超级电容器的控制和处理，确保初始充电电流应用的最优化；第五，要结合HESS进行电感和交流母线的连接处理，并对蓄电池予以SOC控制器监督，结合PI控制器落实对应的控制策略。

除此之外，若是超级电容器电压没有固定的参考数值，则超级电容器会趋于充满或放满状态，此时要利用PI控制器维持超级电容器电压参数在规定的预设数值范围内。也就是说，为了保证超级电容器能量使用率能达到75%，就要保证工作电压设定在额定电压的50%到100%之间，维持综合电压环控的合理性。

3.4 具体算例分析

本文以某地区能源发电系统为研究对象，在获取风力发电全面预测数值和光伏发电全年预测数值后，假设对应逆变器的效率为0.95，对系统的供电缺电率以及约束条件参数予以设定。匹配的蓄电池和超级电容器参数如下：额定电压，蓄电池为12V、超级电容器为2.7V[8]；蓄电池额定容量100Ah、放电深度为0.4，充电效率75%、放电效率85%，超级电容器电容为3500F，充电效率98%、放电效率98；蓄电池循环次数为1500/次、超级电容器循环寿命为500000/次；处置系数。蓄电池为0.08、超级电容器为0.04。

结合地区新能源发电系统的测试数据，利用Matlab软件完成仿真算例分析，无论是标准粒子群算法还是改进粒子群算法，得出的结果都满足最小负荷缺电率的基本要求，并且都能贴合供电可靠性的应用规范。其中，改进粒子群算法获取的最小生命周期费用更低，具有更加突出的寻优能力。超级电容能实现波动较快功率的快速响应，蓄电池功率波形则较为稳定，这就有效延长了电池的使用寿命，在维持较好储能状态的基础上，为系统经济性的提升奠定基础。

4 新能源发电系统中储能系统发展趋势

互联网+智能能源的发展将成为发展常态，主要建设以太阳能、风能为可再生能源主体的多能源协调互补能源互联网，积极突破分布式发电、储能、智能微网、主动配电网等技术瓶颈，打造智能化电力运行监测和能源监管平台，从而实现开放共享的能源网络模式。

与此同时，探索新能源消费新模式，积极实现绿色电力交易服务区域试点也将成为主流，实现以智能电网为核心的配送平台，确保储能设施、物联网、智能用电设施等硬件以及碳交易、互联网金融等衍生服务可以实现一体化发展，促进能源消费生态体系的多元化建设，实现市场经济效益和社会效益的和谐统一，保证能源管理的最优化。

4 结语

储能设备具有功率密度大且响应时效性高的特点，借助混合储能系统，能在维持各项储能元件应用优势的同时，打造更加合理且科学的运行体系。在新能源发电工作中，最大的问题就是能源存在一定的波动性和不确定性，为了维持新能源发电中能源供给的稳定性，就要匹配相应的储能装置，从而提升可再生资源的利用率，维持整个供电运行工作的水平，实现可行性和经济性并行的目标，更好地实现新能源发电目的。