全釩液流電池在電壓暫降中的應用

楊晉彪

(國網(wǎng)晉城供電公司，山西晉城048000)

全釩液流電池在電壓暫降中的應用

楊晉彪

(國網(wǎng)晉城供電公司，山西晉城048000)

隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，配電網(wǎng)接入的非線性負荷及沖擊性負荷越來越多，電壓暫降問題對負荷的影響越發(fā)凸顯。全釩液流電池具有大規(guī)模、響應快、壽命長等優(yōu)點，非常適合用于抑制電壓暫降帶來的影響。提出了全釩液流電池最優(yōu)容量配置計算方法，針對不同的電壓暫降深度，對其效果進行仿真，仿真結果表明，該配置能夠避免電壓暫降對生產(chǎn)設備造成的停機影響；對其投資回收期進行分析，指出隨著全釩液流電池的產(chǎn)業(yè)化應用，其成本將大幅降低。

全釩液流電池；電壓暫降；仿真

隨著冶金工業(yè)、化學工業(yè)及電氣化鐵路的發(fā)展，配電網(wǎng)接入的非線性負荷(硅整流設備、電力機車、電解設備)及沖擊性負荷越來越多，負載轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)故障、電動機啟動、負載變化、非線性負載、間斷性負載等都會對電網(wǎng)造成沖擊與擾動，不同的負載間相互影響。對于新建的配網(wǎng)，可以通過建設堅強可靠的智能電網(wǎng)來保證電能質(zhì)量與供電可靠性，而對于已有的企業(yè)，特別是高精尖制造業(yè)，受到的擾動越來越頻繁，頻繁的電壓暫降引起低壓保護動作，導致生產(chǎn)設備跳車，帶來嚴重的經(jīng)濟損失，亟需對企業(yè)的配網(wǎng)進行改造，以增強配網(wǎng)的穩(wěn)定性。

電壓暫降的時間極短，約100～300 ms，儲能的響應時間一定要小于100 ms，傳統(tǒng)的蓄電池儲能在效率和響應時間、環(huán)保安全等方面均沒有明顯優(yōu)勢，飛輪儲能的轉(zhuǎn)換效率偏低，很難達到超高轉(zhuǎn)速，其機電系統(tǒng)控制復雜。全釩液流電池對于充放電狀態(tài)的轉(zhuǎn)換僅需20 ms達到穩(wěn)定，同時具有規(guī)模大、壽命長、低維護、在室溫下運行更換和維修費用低、效率高、安全可靠等特點，在國內(nèi)經(jīng)過多年的研究，在電解液、隔膜、電堆、管路、及控制系統(tǒng)方面的技術已基本成熟，在遼寧法庫縣、河北張北、武漢未來城內(nèi)均有試點應用，其中在武漢未來城是國內(nèi)第一次將全釩液流電池應用于園區(qū)的試點。

1 全釩液流電池容量配置方法

隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，接入的負荷越來越多，電壓質(zhì)量問題將越發(fā)嚴重。以某24 h連續(xù)生產(chǎn)的TFT-LCD制造企業(yè)的電壓質(zhì)量統(tǒng)計情況為例，一年中出現(xiàn)的電壓跌落20次，其中對生產(chǎn)造成影響的電壓暫降次數(shù)有9次，每次造成的經(jīng)濟損失在40萬～60萬元，如表1所示。

表1 廠家電壓暫降調(diào)研

據(jù)表1統(tǒng)計，跌落幅度在30%～40%的電壓暫降的次數(shù)為3次，跌落幅度在40%～50%的電壓暫降的次數(shù)在2次，跌落幅度在50%～60%的電壓暫降的次數(shù)為3次，跌落幅度在60%～70%的電壓暫降的次數(shù)為1次，若按照70%電壓跌落深度來配置儲能裝置，則能夠完全避免電壓暫降帶來的經(jīng)濟損失，但是成本過高。

該企業(yè)的負荷容量為2 000 kW，根據(jù)仿真結果，得到補償容量配置情況如表2所示。

表2 全釩液流電池補償容量配置

補償容量的最優(yōu)配置算式為：

2 仿真情況

針對一年電壓跌落的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分別對電壓跌落時間最長及電壓跌落深度最大的情況進行仿真，15.6 MW/2 MWh的全釩液流電池由3 200個單電池串聯(lián)成一組，39組并聯(lián)而成，其等效電路如圖1所示。

圖1 全釩液流電池電氣模型

仿真系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2 仿真系統(tǒng)拓撲

逆變電路采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制策略[1]，維持負荷側(cè)的電壓穩(wěn)定。

算例一：對32.5%電壓跌落，持續(xù)389 ms的補償情況進行仿真，儲能系統(tǒng)輸出9.8 MVar的無功功率，使系統(tǒng)電壓基本恢復正常，如圖3、圖4所示。

圖3 算例一負荷側(cè)電壓

圖4 算例一全釩液流電池無功功率輸出情況

算例二：對70%電壓跌落，持續(xù)84 ms的補償情況進行仿真，儲能系統(tǒng)輸出約15.6 MVar的無功功率，結果顯示能夠?qū)⒌涞碾妷貉a償至82%，該電壓跌落深度不會造成生產(chǎn)設備跳車的影響，如圖5、圖6所示。

圖5 算例二負荷側(cè)電壓

圖6 算例二全釩液流電池無功功率輸出情況

3 結論

通過兩個典型的算例可得，設定的配置能夠很好地對電壓暫降進行補償，能夠有效避免電壓暫降造成的生產(chǎn)損失，未進行補償前的損失按照450萬元/年計，投資回收期約14年，全釩液流電池的理論壽命可達到20年，隨著全釩液流電池的產(chǎn)業(yè)化與大規(guī)模應用，其成本將大幅降低，更適合用于大型工業(yè)園區(qū)。

[1]克長賓，李永麗.動態(tài)電壓恢復器的電壓跌落綜合補償策略研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2012(17)：94-99.

Application of vanadium redox battery for voltage sags

With the development of the distribution network,there are more and more non-linear load and impact load.The impact of voltage sag on the load is much serious.The vanadium redox battery(VRB)has the advantages of large-scale,fast response and long service life and is very suitable for the inhibition of voltage sag.An optimum method for calculating the capacity configuration of the VRB was proposed.The method with different voltage sag depth was simulated.The simulation result indicates that the configuration can avoid the effect of voltage sags on production equipment.The payback period of investment was analyzed, pointing out with the industrialization application of the VRB,the cost will be greatly reduced.

vanadium redox battery;voltage sags;simulation

TM 91

A

1002-087 X(2016)06-1245-02

2015-12-16

楊晉彪(1967—)，男，山西省人，高級工程師，主要研究方向為配電網(wǎng)運維。