于銀龍 中廣核新能源黑龍江分公司

風(fēng)力一直都是我國(guó)重點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的可再生能源之一。近年來(lái)，根據(jù)國(guó)家的政策，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展速度得到了大幅度的提高，進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電需要與異步發(fā)電機(jī)進(jìn)行共同使用。通常來(lái)說(shuō)，異步發(fā)電機(jī)具有啟動(dòng)方便、易于進(jìn)行自動(dòng)控制以及轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)勢(shì)，所以多數(shù)風(fēng)力發(fā)電廠所采用的異步發(fā)電機(jī)都是結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單且能夠與電網(wǎng)進(jìn)行直接相連的。但是風(fēng)力發(fā)電廠所處的地區(qū)一般位于電網(wǎng)的末端，對(duì)沖擊進(jìn)行承受的能力相對(duì)較差，可能導(dǎo)致電網(wǎng)受到不利影響，而對(duì)電池儲(chǔ)能電站進(jìn)行應(yīng)用，因?yàn)槠渚哂袑?duì)電力進(jìn)行調(diào)峰的功能，同時(shí)可以對(duì)電擊量的波動(dòng)情況進(jìn)行有效跟蹤，所以對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用能夠有效降低風(fēng)力發(fā)電廠輸出電波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的不利影響。

1.電池儲(chǔ)能電站的工作原理及其建模

電池儲(chǔ)能電站主要有四個(gè)部分構(gòu)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(guò)一個(gè)變流器模型和一個(gè)電池的電化學(xué)等效電路進(jìn)行模擬，如圖一。

1.1 變流器數(shù)學(xué)模型

對(duì)能量雙向流動(dòng)的變流器進(jìn)行使用，能夠?qū)⒅绷鱾?cè)電池組和交流電網(wǎng)之間的能量交換進(jìn)行有效地實(shí)現(xiàn)，同時(shí)為了促使變流器開(kāi)關(guān)的變換速度得到提高，可以對(duì)不計(jì)調(diào)制波頻率動(dòng)態(tài)變化過(guò)程的變流器相應(yīng)的平均數(shù)學(xué)模型進(jìn)行使用。在此基礎(chǔ)上，達(dá)到三相平衡的情況時(shí)，就可以不對(duì)零序分量進(jìn)行考慮，所以在本次研究中對(duì)低頻變流器數(shù)學(xué)模型進(jìn)行采用：

在式（1）——式（3）中，比例系數(shù)使用K進(jìn)行表示，可控量使用進(jìn)行表示，二者為儲(chǔ)能電站的輸出電壓于系統(tǒng)電壓所產(chǎn)生的夾角；同時(shí)，ιL1-d、ιL1-q二者分別代表交流側(cè)電流（ιL1）相應(yīng)的兩個(gè)軸的分量，且ω表示的是角頻率，t表示的是時(shí)間。

1.2 電池組的數(shù)學(xué)模型

在此處我們主要對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行研究，采用的模型是三階非線性動(dòng)態(tài)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(dòng)態(tài)等效模型中的特別例子，如圖二。

圖二 三階非線性動(dòng)態(tài)等效電路模擬

通過(guò)對(duì)圖二進(jìn)行觀察我們可以發(fā)現(xiàn)，在我們所使用的三階非線性等效電路模型中，存在一個(gè)代數(shù)寄生支路和兩個(gè)R-C網(wǎng)絡(luò)的主反應(yīng)支路，并且等效電路就是由代數(shù)寄生支路和R-C網(wǎng)絡(luò)的主反應(yīng)支路共同構(gòu)成的，另外，等效電路模型中還包括對(duì)soc（蓄電池的荷電狀態(tài)值）進(jìn)行計(jì)算和公式、對(duì) （溫度）進(jìn)行計(jì)算的公式以及對(duì)電路元件參數(shù)進(jìn)行計(jì)算的公式。

通過(guò)相關(guān)公式我們可以認(rèn)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(duì)溫度處于0℃的環(huán)境時(shí)電流Iref進(jìn)行放電時(shí)所得的蓄電池容量進(jìn)行表示；使用ice對(duì)蓄電池電解液的冰點(diǎn)溫度進(jìn)行表示，使用Kc、 以及c對(duì)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行表示，并且當(dāng)蓄電池以及Iref（參考電流）處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)應(yīng)為常數(shù)；同時(shí)，使用 對(duì)蓄電池電流進(jìn)行表示，使用 對(duì)電解液的溫度值進(jìn)行表示。

在能夠?qū)︺U酸蓄電池容量進(jìn)行確認(rèn)的基礎(chǔ)上，我們可以采用通過(guò)公式進(jìn)行計(jì)算的方式對(duì)soc（蓄電池的荷電狀態(tài)值）以及DOC（放電深度）計(jì)算：

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

在式（7）中，使用t對(duì)放電時(shí)間進(jìn)行表示，當(dāng)t=0，也就是處于初始狀態(tài)時(shí)，蓄電池也處于充滿電的狀態(tài)。

此時(shí)進(jìn)行一個(gè)假設(shè)，當(dāng)蓄電池電解液溫度均一時(shí)，可采用式（8）對(duì)鉛酸蓄電池的溫度進(jìn)行表示：

在式（8）中，將蓄電池的熱電容使用C進(jìn)行表示，將蓄電池與環(huán)境之間的熱電阻使用R進(jìn)行表示，將環(huán)境溫度使用a進(jìn)行表示，將熱源功率使用Ps進(jìn)行表示。這一公式能夠?qū)⑿铍姵貎?nèi)部放出的熱量進(jìn)行有效反應(yīng)。

而通過(guò)使用式（9）進(jìn)行計(jì)算，我們可以對(duì)bp（主反應(yīng)支路R-C網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)）：

在蓄電池處于給定的情況下，bp（時(shí)間常數(shù)）也就是定值，所以在此情況下，在R-C網(wǎng)絡(luò)中可是采用式（10）對(duì)電流關(guān)系進(jìn)行表示：

其它各個(gè)電氣元件在三階非線性動(dòng)態(tài)等效電路模型中的參數(shù)可采用式（11）、式（12）、式（13）以及式（14）進(jìn)行表示：

在式（11）、式（12）、式（13）以及式（14）四個(gè)公式中，蓄電池組初始狀態(tài)、零序狀態(tài)等效串聯(lián)電阻分別可以使用R1、R10、R2、R20進(jìn)行表示，初始狀態(tài)的開(kāi)路電壓使用Uboc0進(jìn)行表示，主反應(yīng)支路的初始狀態(tài)的等效并聯(lián)電阻使用Rbp0進(jìn)行表示，蓄電池相關(guān)的常數(shù)組主要使用Ke、A0、A21以及A22進(jìn)行表示。

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

在式（15）中，使用Gp對(duì)溫度和電壓的函數(shù)進(jìn)行表示，那么Gp應(yīng)為：

在式（16）中，溫度的初始值為Gp0，冰點(diǎn)溫度所對(duì)應(yīng)的電壓值是Up0，與蓄電池相關(guān)的常數(shù)是Ap。

在對(duì)該模型進(jìn)行求解之后能夠取得 相應(yīng)狀態(tài)下的變量之解，之后就可以通過(guò)電路定律對(duì)鉛酸蓄電池下回合的多種電學(xué)特性進(jìn)行求解，例如電壓以及電流外特性等，均可通過(guò)計(jì)算求得。

2.電池儲(chǔ)能電站的用途和意義

通過(guò)電池儲(chǔ)能電站的實(shí)際應(yīng)用，我們認(rèn)為，其用途及意義主要可以分為4點(diǎn)：第一，能夠提高電網(wǎng)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(duì)負(fù)荷曲線進(jìn)行有效調(diào)整，促使配電設(shè)備和線路的利用率得到提高；第三，對(duì)電網(wǎng)調(diào)頻進(jìn)行參與，促使供電水平得到改善；第四，對(duì)部分地區(qū)的供電質(zhì)量進(jìn)行改善。

結(jié)束語(yǔ)：儲(chǔ)能是一項(xiàng)關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重要事業(yè)，對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行發(fā)展是我國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分之一。在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程中對(duì)電池儲(chǔ)能電站進(jìn)行應(yīng)用，其能夠在電網(wǎng)供電的過(guò)程中發(fā)揮出重要的作用，不僅提高了電網(wǎng)供電的質(zhì)量，也在一定程度上起到了節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的作用，由此可見(jiàn)，電池儲(chǔ)能電站具有重要的使用價(jià)值，所以還希望國(guó)家相關(guān)部門能夠積極出臺(tái)相應(yīng)的保護(hù)和推廣政策，以促進(jìn)儲(chǔ)能事業(yè)得到良好發(fā)展。