超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的應(yīng)用

時(shí)間:2015-05-18 11:04來(lái)源:《科技展望》 作者:火 凡
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　　有效的儲(chǔ)能方式對(duì)微網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定性以及內(nèi)部供電平衡具有重要的意義。由于微網(wǎng)中太陽(yáng)能光伏、風(fēng)力發(fā)電等分布式單元輸出單元具有隨機(jī)性以及間歇性等特點(diǎn)，并且電力負(fù)荷也具有隨機(jī)性變化特點(diǎn)，給微網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性造成很大的影響。
 
　　1.微網(wǎng)中超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用
 
　　微網(wǎng)的運(yùn)行模式主要包括兩種，即并網(wǎng)運(yùn)行以及孤島運(yùn)行。一般情況下，微網(wǎng)與常規(guī)的配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)電網(wǎng)事故或出現(xiàn)電能質(zhì)量事故時(shí)，微電網(wǎng)采用孤島運(yùn)行模式。微網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)涉及到這兩種運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)造成一定的功率缺額，這就需要設(shè)置一定的儲(chǔ)能裝置，保證微網(wǎng)兩種運(yùn)行模式的平衡轉(zhuǎn)換，增強(qiáng)微網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
 
　　一些新能源發(fā)電過(guò)程中，受到外界因素的影響，常常出現(xiàn)沒(méi)有電能輸出的現(xiàn)象，這時(shí)就需要由儲(chǔ)能系統(tǒng)為電力用戶提供電能。微網(wǎng)規(guī)模小，自我調(diào)節(jié)能力弱，負(fù)荷波動(dòng)以及電網(wǎng)運(yùn)行故障會(huì)對(duì)其造成很大的影響。超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)能有效的解決這一問(wèn)題，能夠在負(fù)荷低落時(shí)儲(chǔ)存多余的電能，負(fù)荷高峰將儲(chǔ)存的電能反饋給微網(wǎng)，為微網(wǎng)功率的調(diào)節(jié)提供幫助。
 
　　在微網(wǎng)中設(shè)置超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，能夠解決微網(wǎng)電壓驟降、電壓跌落等問(wèn)題，提高微網(wǎng)電能質(zhì)量。
 
　　2.混合系統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)
 
　　蓄電池儲(chǔ)能是目前微電網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛、最有前途的儲(chǔ)能方式之一。蓄電池儲(chǔ)能以解決系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)的電能需求，也用蓄電池儲(chǔ)能來(lái)協(xié)助無(wú)功補(bǔ)償裝置，有利于抑制電壓波動(dòng)和閃變。然而蓄電池的充電電壓不能太高，要求充電器具有穩(wěn)壓和限壓功能。蓄電池的充電電流不能過(guò)大，要求充電器具有穩(wěn)流和限流功能，所以它的充電回路也比較復(fù)雜。
 
　　另外充電時(shí)間長(zhǎng)，充放電次數(shù)僅數(shù)百次，因此限制了使用壽命，維修費(fèi)用高。如果過(guò)度充電或短路窖易爆炸，不如其他儲(chǔ)能方式安全。由于在蓄電池中使用了鉛等有害金屬，所以其還會(huì)造成環(huán)境污染。常見(jiàn)的蓄電池包括鉛酸蓄電池、鋰離子電池等。隨著科技水平的進(jìn)步，液流釩電池和鈉硫電池的研究取得突破性進(jìn)展。
 
　　這兩種電池具有高能量效率、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)放電現(xiàn)象等優(yōu)良特性，在國(guó)外一些微電網(wǎng)研究系統(tǒng)中得到運(yùn)用。但是，由于價(jià)格原因，在微電網(wǎng)中的大規(guī)模運(yùn)用還有待時(shí)日。
 
　　超級(jí)電容器指的是有特殊材質(zhì)制作的多空介質(zhì)，相對(duì)于普通的電容器老說(shuō)，介電常數(shù)更高，耐壓管理以及儲(chǔ)能容量更大，同時(shí)具備了電容器釋放能量速度快的優(yōu)勢(shì)。拆機(jī)電容器在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，所以維修工作量極少，具有較高的可靠性。
 
　　目前，超級(jí)電容器逐漸應(yīng)用在邊防哨所、高山氣象臺(tái)等電源供應(yīng)場(chǎng)合。但是超級(jí)電容器也具有一定的缺陷，如電容串聯(lián)均壓、端電壓波動(dòng)范圍大、能量密度低等問(wèn)題。
 
　　超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，就是將兩種儲(chǔ)能設(shè)備有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，整合了兩種儲(chǔ)能方式的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了兩種儲(chǔ)能技術(shù)的缺點(diǎn)，提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能。
 
　　大量的研究表明，超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的應(yīng)用，能夠提升微網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出能力、提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電時(shí)間，降低系統(tǒng)內(nèi)部損耗;另外，兩者混合使用，減少蓄電池放電循環(huán)次數(shù)，減少對(duì)蓄電池的損耗，增加其使用壽命;總之，超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用，改善了微網(wǎng)供電質(zhì)量，提高了微網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。
 
　　3.微網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
 
　　我國(guó)的微網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)還處于初步發(fā)展階段，具有很大的發(fā)展空間與前景。首先，應(yīng)該加快對(duì)高效低成本儲(chǔ)能電池的研發(fā)，重點(diǎn)放在提升電能存放速度方面;其次，單一的儲(chǔ)能技術(shù)在一定程度上存在局限性，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)惠受到經(jīng)濟(jì)成本等因素的制約。
 
　　可以將兩種或幾種儲(chǔ)能技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，揚(yáng)長(zhǎng)避短;最后，微電網(wǎng)中儲(chǔ)能裝置的擁有者必須得到實(shí)時(shí)的電網(wǎng)信息，包括電價(jià)以及電網(wǎng)故障等，才能使微電網(wǎng)儲(chǔ)能裝置的作用得到充分發(fā)揮。
 
　　隨著微網(wǎng)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用越來(lái)越大，微網(wǎng)儲(chǔ)能方式以及儲(chǔ)能裝備向著市場(chǎng)化管理方向發(fā)展。保證微網(wǎng)儲(chǔ)能裝置的使用者能夠及時(shí)的掌握電網(wǎng)信息，包括電網(wǎng)運(yùn)行中的故障以及電價(jià)等，這樣才能保證微網(wǎng)儲(chǔ)能裝置發(fā)揮應(yīng)有的作用。
 
　　儲(chǔ)能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中應(yīng)用的分析理論和方法：在充分理解含儲(chǔ)能裝置的微電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，研究?jī)?chǔ)能裝置內(nèi)部的復(fù)雜非線性電磁問(wèn)題，以及儲(chǔ)能裝置和系統(tǒng)中元件之間的相互作用。
 
　　4.總結(jié)
 
　　儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)于微網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性具有重要的作用。本文根據(jù)蓄電池、超級(jí)電容器等單一儲(chǔ)能技術(shù)存在的局限性，提出了一種超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，該儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，還有效的彌補(bǔ)了兩者的缺陷，提高了儲(chǔ)能效率。該混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的運(yùn)用，對(duì)實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)部電壓平衡，提高微網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性都具有十分重要的意義。
(責(zé)任編輯：王杰)
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