基于電池儲能電站在風力發電中的應用研究

于銀龍 中廣核新能源黑龍江分公司

風力一直都是我國重點進行開發的可再生能源之一。近年來，根據國家的政策，風力發電的發展速度得到了大幅度的提高，進行風力發電需要與異步發電機進行共同使用。通常來說，異步發電機具有啟動方便、易于進行自動控制以及轉子機械強度高等優勢，所以多數風力發電廠所采用的異步發電機都是結構較為簡單且能夠與電網進行直接相連的。但是風力發電廠所處的地區一般位于電網的末端，對沖擊進行承受的能力相對較差，可能導致電網受到不利影響，而對電池儲能電站進行應用，因為其具有對電力進行調峰的功能，同時可以對電擊量的波動情況進行有效跟蹤，所以對其進行應用能夠有效降低風力發電廠輸出電波對電網產生的不利影響。

1.電池儲能電站的工作原理及其建模

電池儲能電站主要有四個部分構成，分別是蓄電池組、逆變器、控制裝置以及變壓器，其中的等效電路可以通過一個變流器模型和一個電池的電化學等效電路進行模擬，如圖一。

1.1 變流器數學模型

對能量雙向流動的變流器進行使用，能夠將直流側電池組和交流電網之間的能量交換進行有效地實現，同時為了促使變流器開關的變換速度得到提高，可以對不計調制波頻率動態變化過程的變流器相應的平均數學模型進行使用。在此基礎上，達到三相平衡的情況時，就可以不對零序分量進行考慮，所以在本次研究中對低頻變流器數學模型進行采用：

在式（1）——式（3）中，比例系數使用K進行表示，可控量使用進行表示，二者為儲能電站的輸出電壓于系統電壓所產生的夾角；同時，ιL1-d、ιL1-q二者分別代表交流側電流（ιL1）相應的兩個軸的分量，且ω表示的是角頻率，t表示的是時間。

1.2 電池組的數學模型

在此處我們主要對鉛酸蓄電池進行研究，采用的模型是三階非線性動態等效電路模型，并且本次中所采用的模型屬于鉛酸蓄電池動態等效模型中的特別例子，如圖二。

圖二 三階非線性動態等效電路模擬

通過對圖二進行觀察我們可以發現，在我們所使用的三階非線性等效電路模型中，存在一個代數寄生支路和兩個R-C網絡的主反應支路，并且等效電路就是由代數寄生支路和R-C網絡的主反應支路共同構成的，另外，等效電路模型中還包括對soc（蓄電池的荷電狀態值）進行計算和公式、對 （溫度）進行計算的公式以及對電路元件參數進行計算的公式。

通過相關公式我們可以認為，溫度 以及放電電流I在鉛酸蓄電池中的容量：

在式（4）中，使用C0對溫度處于0℃的環境時電流Iref進行放電時所得的蓄電池容量進行表示；使用ice對蓄電池電解液的冰點溫度進行表示，使用Kc、 以及c對經驗參數進行表示，并且當蓄電池以及Iref（參考電流）處于穩定狀態時，經驗參數應為常數；同時，使用 對蓄電池電流進行表示，使用 對電解液的溫度值進行表示。

在能夠對鉛酸蓄電池容量進行確認的基礎上，我們可以采用通過公式進行計算的方式對soc（蓄電池的荷電狀態值）以及DOC（放電深度）計算：

在式（5）和式（6）中，C（0， ）表示在鉛酸蓄電池處于溫度 環境下的額定容量；C（Iavg， ）表示在鉛酸蓄電池處于溫度 環境下的平均放電電流為Iavg時的蓄電池容量；Qtot表示的是蓄電池在進行放電過程中所累積的電荷量，其可采用公式（7）進行計算：

在式（7）中，使用t對放電時間進行表示，當t=0，也就是處于初始狀態時，蓄電池也處于充滿電的狀態。

此時進行一個假設，當蓄電池電解液溫度均一時，可采用式（8）對鉛酸蓄電池的溫度進行表示：

在式（8）中，將蓄電池的熱電容使用C進行表示，將蓄電池與環境之間的熱電阻使用R進行表示，將環境溫度使用a進行表示，將熱源功率使用Ps進行表示。這一公式能夠將蓄電池內部放出的熱量進行有效反應。

而通過使用式（9）進行計算，我們可以對bp（主反應支路R-C網絡的時間常數）：

在蓄電池處于給定的情況下，bp（時間常數）也就是定值，所以在此情況下，在R-C網絡中可是采用式（10）對電流關系進行表示：

其它各個電氣元件在三階非線性動態等效電路模型中的參數可采用式（11）、式（12）、式（13）以及式（14）進行表示：

在式（11）、式（12）、式（13）以及式（14）四個公式中，蓄電池組初始狀態、零序狀態等效串聯電阻分別可以使用R1、R10、R2、R20進行表示，初始狀態的開路電壓使用Uboc0進行表示，主反應支路的初始狀態的等效并聯電阻使用Rbp0進行表示，蓄電池相關的常數組主要使用Ke、A0、A21以及A22進行表示。

模型中的寄生支路具有極強的非線性，式（15）即可以對寄生支路的電流進行表示：

在式（15）中，使用Gp對溫度和電壓的函數進行表示，那么Gp應為：

在式（16）中，溫度的初始值為Gp0，冰點溫度所對應的電壓值是Up0，與蓄電池相關的常數是Ap。

在對該模型進行求解之后能夠取得 相應狀態下的變量之解，之后就可以通過電路定律對鉛酸蓄電池下回合的多種電學特性進行求解，例如電壓以及電流外特性等，均可通過計算求得。

2.電池儲能電站的用途和意義

通過電池儲能電站的實際應用，我們認為，其用途及意義主要可以分為4點：第一，能夠提高電網的接納比例，促使新能源得到充分利用，降低有害氣體的排放量；第二，對負荷曲線進行有效調整，促使配電設備和線路的利用率得到提高；第三，對電網調頻進行參與，促使供電水平得到改善；第四，對部分地區的供電質量進行改善。

結束語：儲能是一項關系到國計民生的重要事業，對儲能技術進行發展是我國能源發展戰略的重要組成部分之一。在進行風力發電的過程中對電池儲能電站進行應用，其能夠在電網供電的過程中發揮出重要的作用，不僅提高了電網供電的質量，也在一定程度上起到了節約能源、保護環境的作用，由此可見，電池儲能電站具有重要的使用價值，所以還希望國家相關部門能夠積極出臺相應的保護和推廣政策，以促進儲能事業得到良好發展。