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摘要：随着经济的快速发展，能源的消耗也越来越大，节约和降低能耗是国家有关部门很多企业面临的主要问题。电能是国民经济发展中重要能源，如何利用高科技对电能进行有效利用是很多企业需要解决的重要问题。微电网中储能技术的发展和应用是解决电能资源紧张，分配不均等问题的重要手段。本文就微电网中储能技术的应用进行分析，指出目前储能技术存在的不足和一些处理的建议。
关键词：微电网；储能技术；应用
1引言
微电网是实现智能电网中有源配网的有效形式，也是智能电网的重要组成。微电网在全球能源转型中的作用渐显，任何国家，稳定的电力供应都是经济发展和人们日常生活的最基本保障，目前在全球有数以百计的微电网正在运行，并且它们的数量仍在增长。近年来，利用智能微电网发展可再生能源的有效实现形式已引起政府、企业和高校的广泛关注。
2微电网概述
微电网（Micro-Grid），是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。微电网中储能系统主要具有削峰填谷、提高电网对新能源的接纳能力、作为备用电源以及提高电能质量等作用。微电网有几个重要指标数据，分别是自平衡率、自发自用率、冗余率、总净现成本。微电网被业内认为是能源互联网的重要部分，专家介绍，微电网作为一种新型能源网络化供应与管理的技术，其能量并没有一个严格界定，从几十千瓦到几十兆瓦不等。它的作用是将原本分散的分布式电源相互协调起来，保证配电网的可靠性和安全性，同时，它能够顺利地接入可再生能源系统，实现用户需求侧管理以及现有能源和资源的最大化利用。和传统电网相比，微电网的最大特点是可以对分布式能源进行就地消化、就地平衡，同时也可以和大电网进行能量交换。正因如此，微电网被认为是智能电网领域的重要组成部分，在工商业区域、城市片区以及偏远地区有广泛的应用前景。从长远来看，发展微电网非常重要，在可以预见的将来，随着分布式可再生能源储能微电网技术的进步、成本的降低、新型负荷的出现，结合售电侧改革，微电网将会有越来越多的电力市场份额。
3储能技术
电能在实际中的主要储存方式有三大类型，分别是：物理储能、电磁储能和电化学储能。物理储能指利用动能或势能等方式对电能进行存储，主要形式有飞轮储能、抽水蓄能和压缩空气储能等。电磁储能是指通过电磁能实现储能，基本方式有超导储能和超级电容储能等。电化学储能关键在于电池，它可以在很长时间内稳定保存化学能，也可在随时释放电能。电池分为很多种类，不同的电池因为成分不同所产生的反应也不一样。下面介绍锂电池的常见等效模型。
3.1理想模型
图1（a）所示为理想等效电路模型。该锂电池模型电路中包含一个电压源和一个电阻，并且认为电阻的阻值及电压源的电压在工作过程中保持不变，此模型只能应用在假定电池无限的仿真中。
3.2通用等效电路模型
图1（b）所示为通用等效电路模型。该电路中包含一个受控电压源Eb和电池内阻Rb。忽略电池的自放电与记忆特性以及温度的影响，默认电池的容量和内阻为定值，受控源Eb的表达式为：
式中：Q为电池容量；Eb，E0分别为电池的空载电压和电池恒定电压；K为极化电压;Efull，Eexp，Enom分别为完全充电电压，末端点的电压和标称点的电压;Qexp，Qnom分别为末端点的容量和标称点的容量；A、B、K均由电池的电压—容量放电曲线中相关的点计算得到。
4微电网中储能技术的应用
4.1电网电池储能选型分析
电池本体是储能电站的核心部件，也是主要的成本构成，目前用于规模化储能的电池主要是以铅炭、锂离子电池以及全钒液流电池为主。对于电网侧储能电站而言，选择储能电池侧重于考虑安全性、响应速度、循环寿命、利用效率、集成可行性以及初始投资等因素。磷酸铁锂锂离子电池性能优越，是目前国内电池储能电站主流技术路线，且实施方案相对成熟；全钒液流电池循环寿命长，具备一定潜力。在湖南电池电网侧储能示范工程中，可结合场地条件、负荷特性、应用场景等因素，选用磷酸铁锂电池与全钒液流电池的混合应用方案。对于用户侧电池储能来说，储能电站主要通过峰谷电价差实现获利，因此选择储能电池侧重于考虑成本因素，铅碳电池投资成本相对较低，在峰谷电价差具备条件情况下投资回收期较短，目前实施方案较成熟，江苏电网用户侧有大量铅碳电池应用案例。对于电源侧电池储能来说，储能电站可改善可再生能源发电的输出特性，向常规电源特性靠近。目前发电侧储能电站主要以磷酸铁锂锂离子为主，或搭配小容量全钒液流电池。
4.2微电网电源控制方式
微电网在并网运行时，将光伏电池和风力发电机作为主电源为电网和负荷供电，可控型微源柴油发电机、微型燃气轮机、燃料电池与微网断开。光伏电源与风力机均采用PQ控制方式。由于并网时非可控型微源输出功率具有波动性，从减少充放电次数和提高使用寿命的角度考虑，将超级电容器与蓄电池组成的混合储能系统，采用下垂控制方式来实现平抑微电网的功率波动，从而提高微电网并网的电能质量。微电网在离网运行时，将可控型微源作为微网主电源，采用VF控制维持微电网电压和频率稳定，此时非可控型微源与微网断开。根据负荷需求在投切可控型微源时会产生功率波动，由于超级电容器功率因数较大，因此采用超级电容器来平抑可控微源投切过程中的功率波动，蓄电池通过充放电用来维护系统整体性能的稳定。此时储能装置采用下垂控制方式。
4.3储能系统的运行措施
第一，并网运行。在微电网的运行过程中，不仅要考虑内部电源之间的组合和调度问题，而要考虑外部电网与微电网之间的电能交易问题。并网运行就是在电网中可再生能源发电组无法满足超负荷的要求的情况下，优先启用内部蓄电池进行放电，而如果蓄电池也无法满足时，就要根据实际的经济情况，从外部进行电量调度的措施。第二，孤岛运行。如果微电网中储能系统运行正常，在负荷需求下，可以在内部依靠微电源和储能装置满足电力供应，就是孤岛运行的方式。这种方式下的微电网的能量配置能够满足负荷的要求，因此根据实际的用电情况，采用不同的调度策略和竞价手段，满足用电的需求。这种方法可以促进可再生资源的利用，提高储能系统的经济性和稳定性。
4.4储能系统的控制措施
第一，调度模式。这是一种对储能系统进行集中控制的模式，通过接受上层的调度对单元控制器和中央控制器进行集中控制。它能够在保证储能系统稳定运行的情况下，提高系统的可靠性和稳定性。第二，自主模式。自主模式对储能系统进行控制，就是指分散协调系统的控制模式。这种一般针对于快速响应的应用，进行控制调节。这种自主模式的控制，可以实现并网与独立运行之间的切换，协调各个分布式的电源。采用自主模式能够对蓄电池的放电过程进行优化控制，延长储能装置的使用寿命。
5结束语
总之，微电网中储能技术的发展与研究，对于我国电能的可再生循环使用，维护电网的安全和稳定，提高电能的质量以及经济效益都有重要作用。有关部门应积极推广储能技术，加大对最新技术的研究力度，完善储能系统，保证用户用电安全与整个电网的稳定，提高资源的利用率，缓解电力资源的紧张。
参考文献
[1]张建华,刘大川,曾博.应用于微电网的复合储能技术研究综述[J].电器与能效管理技术,2014,12:49-52+61.
[2]刘洋.超导磁储能系统在微电网中的应用及其状态评估方法研究[D].华中科技大学,2016.
[3]马迪.基于动力电池的混合储能技术在微电网孤岛中的应用研究[D].华东交通大学,2016.
[4]孙文川.基于有源并联式混合储能技术的“友好型”模块化微电网技术研究[D].山东大学,2015.
论文作者:高超
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/11
标签：电网论文; 储能论文; 电池论文; 电能论文; 电压论文; 系统论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第3期论文;