大型鋰離子電池在電力系統中的應用及影響

一、簡(jiǎn)介
目前，電力系統正在向大規模發(fā)展，負載構成越來(lái)越復雜。這些因素使得電力系統的穩定性面臨嚴峻挑戰。 鋰離子電池具有壽命長(cháng)，成本低，效率高的特點(diǎn)。 它已被用于移動(dòng)通信，電氣工程，航空航天等領(lǐng)域。 鋰離子電池作為鋰離子電池技術(shù)的代表已經(jīng)從電池的小容量發(fā)展到系統結構的規模。 它是解決現代電力系統挑戰的有效途徑。
二、大型鋰離子電池系統的基本化學(xué)原理
鋰離子電池是可以充電的電池。 電池的主要工作原理是正極和負極之間鋰離子的解離。 當電池充電時(shí)，鋰離子從正極分離并終吸附在負極上。 在此期間，鋰離子通過(guò)電介質(zhì)。電池的放電過(guò)程是相反的過(guò)程。
正負極的反應式：

大型規模的鋰離子電池系統在基本反應理論上與小容量鋰離子電池相同。
三、大型規模的鋰離子電池系統控制和并入電力系統結構

如上圖所示，鋰離子電池儲能系統主要由電池組和變換器兩部分組成。 電池組部分采用大容量鋰離子電池，轉換器部分主要選用電壓源型逆變器。 該轉換器是大容量鋰離子電池與電力系統之間的連接電路，實(shí)現了電池直流電與交流電系統之間的能量傳輸。
在鋰離子電池系統中，可以控制電壓幅值和電壓相位角。當需要對電力系統增加有功功率時(shí)，我們可以在電力系統接入點(diǎn)的電壓角度之前控制鋰離子電池系統的電壓角度，從而可以從電池系統實(shí)現有功功率進(jìn)入電力系統。反之亦然。
四、大型規模的鋰離子電池系統在電力系統中的應用
大型規模的鋰離子電池系統技術(shù)對于電力系統的穩定性和電能質(zhì)量的改善具有重要意義。
（一）提高電力系統的可靠性和安全性。大型鋰離子電池裝置可以方便地協(xié)調有功功率和無(wú)功功率。這種方式實(shí)現了電網(wǎng)的快速控制，可以支撐電網(wǎng)的電壓和頻率，減少了區域振蕩，因而可以改善電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。
（二）顯著(zhù)提高電能質(zhì)量和供電穩定性。電能質(zhì)量直接影響用戶(hù)和用電設備的工作，對電網(wǎng)的經(jīng)濟運行具有重要意義。配電系統電能質(zhì)量的主要問(wèn)題包括電壓降，浪涌電壓和電壓波動(dòng)等問(wèn)題。利用鋰離子電池儲能系統和電力電子技術(shù)，可以快速平衡系統中的不平衡功率，有效改善電壓波動(dòng)和波形失真，從而提高電能質(zhì)量水平。此外，鋰電池系統還可以作為應急電源使用，以確保不間斷電力供應。
（三）支持新能源發(fā)電并作為分布式電源靈活輸電。隨著(zhù)傳統化石燃料的枯竭，可再生能源已逐漸成為重要的能源來(lái)源。大規模鋰電池儲能系統為解決新能源發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題提供了有效途徑。 在美國能源部提出的“Grid2030”計劃中，“主干電網(wǎng)+ 微電網(wǎng)”已經(jīng)成為未來(lái)電網(wǎng)的基本框架。建立大規模儲能技術(shù)與新能源發(fā)電機組結合形成聯(lián)合運行機構是解決新能源發(fā)電技術(shù)規?；刖W(wǎng)的有效解決方案。 這都表明，大型鋰電池系統在未來(lái)的電力系統建設中扮演著(zhù)非常重要的角色。
五、大型鋰離子電池系統對電力系統穩定性的影響
現代電力系統的穩定性不同于傳統電網(wǎng)，傳統電網(wǎng)通過(guò)繼電保護和勵磁控制已經(jīng)逐漸不能滿(mǎn)足現代電網(wǎng)的穩定性需求。在當前的電網(wǎng)中，專(zhuān)門(mén)為電網(wǎng)穩定控制而設計的鋰離子電池儲能裝置的例子還十分的稀有。目前應用廣泛的還是柔性交流輸電技術(shù)，特別是靜態(tài)同步補償器。研究發(fā)現有功功率的快速吸收和釋放是提高系統阻尼和穩定性的有效方式，但這只依靠柔性交流輸電技術(shù)是無(wú)法實(shí)現的。鋰離子電池儲能技術(shù)與柔性交流輸電技術(shù)的結合是未來(lái)電力系統穩定控制領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。已經(jīng)有研究證明，STATCOM 結合電池儲能技術(shù)抑制波形振蕩和動(dòng)態(tài)響應的效果非常明顯，這為鋰離子電池儲能技術(shù)的進(jìn)一步應用奠定了理論基礎。
六、結語(yǔ)
大型規模的鋰離子電池系統對電力系統穩定性具有重要意義。盡管該技術(shù)還有待向更大規?；M(jìn)一步發(fā)展，但諸多研究已經(jīng)表明，鋰離子電池系統在未來(lái)分布式電源建設，電能質(zhì)量改善和電力系統功率調節方面必發(fā)揮重要作用。