可再生能源发电中的电池储能系统综述_丁明
更新时间:2023-04-17 11:43:01 阅读量: 实用文档 文档下载
DOI:10.7500/AEPS201210106
可再生能源发电中的电池储能系统综述
丁 明1,陈 忠1,苏建徽1,陈 中1,吴建锋1,朱承治2
(1.教育部光伏系统工程研究中心,合肥工业大学,安徽省合肥市230009;2.浙江省电力公司,浙江省杭州市310014
)摘要:储能是提高电网对间歇性可再生能源发电接纳能力的有效技术,电池储能因其独特的性能
已成为优先发展方向之一。文中简要介绍了锂离子、钠硫和全钒液流3种新型蓄电池技术的特点、应用现状和有待解决的关键技术。重点分析了可再生能源发电中电池储能系统的构建方案,包括配置方式、电池系统、功率调节系统和系统集成。总结了储能系统在可再生能源发电中的应用现状,指出了电池储能系统构建及运行需要关注的问题。关键词:可再生能源;电池储能系统;锂离子电池;钠硫电池;全钒液流电池;功率调节系统
收稿日期:2012-10-14;修回日期:2012-11-
19。国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目
(2011AA05A107);国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2009CB219702);国家自然科学基金重点项目(50837001);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20100111110017
)。0 引言
可再生能源发电的波动性、间歇性和不可准确预测性,给现有电力系统运行带来了巨大挑战,迫切需要额外的备用容量来实现动态供需平衡以及提供调频调压辅助服务。储能作为解决大规模可再生能源发电接入电网的一种有效技术而备受关注,
目前其应用主要涉及[1-
8]:①配置在电源侧,平滑短时出力波动,跟踪调度计划出力,实现套利运行,提高可
再生能源发电的确定性、可预测性和经济性;②配置在系统侧,实现削峰填谷、负荷跟踪、调频调压、热备
用、
电能质量治理等功能,提高系统自身的调节能力;③配置在负荷侧,
主要是利用电动汽车的储能形成虚拟电厂参与可再生能源发电调控。
电池作为目前最有投资/成本效益的储能技术之一,具有模块化,响应快,商业化程度高的特点。随着技术革新和新型电池研制成功,电池的效率、功率、能量和循环寿命均得到了显著提高。电池储能系统安装灵活,建设周期短,已在电力系统中有许多成功的应用。目前围绕电池储能及其他类型储能在可再生能源发电中的研究主要集中在储能配置方式
和容量优化等方面[5,7-
8],而对电池储能系统的构建方案和灵活运行尚缺少较为系统的论述。因此,本文将对配合可再生能源发电的大功率电池储能系统
的构建方案及其运行进行初步探讨。
1 新型储能电池
1.1 锂离子电池[4,
9-1
1
]
锂离子电池单体输出电压高,工作温度范围宽,比能量高,效率高,自放电率低,已在便携式设备中
获得广泛应用。其中磷酸铁锂电池因其较好的安全性和高倍率放电性能而受关注,在电动汽车和电网储能中的应用得到了快速推进。日本早在1992—
2001年间的国家项目“分布式电池储能技术”中,就联合多个研究机构和企业研发适合静态储能应用的
锂离子电池技术,建立了一些千瓦级的示范系统。英国EDF电网在东部一个11kV配电网静止同步
补偿器(STATCOM)中配置了600kW/200kW·h锂离子电池储能系统,用于潮流和电压控制。美国AES Storag
e公司安装了12MW的锂离子电池储能系统,用于提供旋转备用、调频等辅助服务。中国国家电网公司和南方电网公司也均建立了兆瓦级的锂离子电池储能电站,开展相关示范研究。初始投资高是影响锂离子电池在电网储能领域广泛应用的重要因素之一。在充放电随机性较大和充电频繁的应用场合,循环寿命仍然制约着锂离子电池的应用。锂离子电池在过充、内部短路等情况下会发生温升,存在一定的安全风险。
电池材料占据了锂离子电池成本的绝大部分,未来要进一步推进产业化,加强关键材料的自主研制和大容量封装技术研究,降低初始投资成本;采用新型电极材料、保护电路或均衡电路,提高电池的循环寿命和安全性。
1.2 钠硫电池[3,
1
2-14]
钠硫电池是工作在300℃附近的高温电池,比能量高,效率高,几乎无自放电,深度放电性能好,在
—
91—第37卷 第1期2013年1月10
日Vol.37 No.1
Jan.10,2013
电网储能中应用较成熟。
钠硫电池储能电站在全世界安装数量已达到
200多座。日本Futamata风电场安装了34MW的
钠硫电池储能系统,
用于平滑风电输出功率波动。2006年美国AEP公司在查尔斯顿变电站安装了
1.2MW/7.2MW·h钠硫电池储能系统,用于削峰,延缓输配电设备升级。中国科学院上海硅酸盐
研究所是中国较早开展钠硫电池研究的机构,已成功示范了百千瓦级的钠硫电池系统。
钠硫电池高温运行,需要进行严格的温度控制;电极活性物质处于熔融状态,电解质制备及稳定性要求苛刻,存在较高的安全风险。目前钠硫电池市场基本被日本NGK公司垄断,钠硫电池是否可成功商业普及的关键是要推进产业化,降低成本,同时要提高可靠性、安全性。
1.3 全钒液流电池[2,
1
5-16]
全钒液流电池几乎无自放电,循环寿命长,功率和容量可独立设计,容量可扩展性强,适用于大容量
储能应用。
全钒液流电池研究始于澳大利亚,加拿大、日本
等在其商业化方面开展了大量工作,日本Hokkaido30.6MW的风电场安装了6MW/6MW·h的全
钒液流电池系统,爱尔兰Sorne
Hill风电场安装了2MW/12MW·h的全钒液流电池系统,均用于平滑风电场输出功率波动。中国河北省张北地区也安装了兆瓦级的全钒液流电池储能系统,用于配合风光并网发电。
中国钒资源十分丰富,为大规模开发应用全钒液流电池提供了有利保证,但目前产业化规模尚不够,成本非常昂贵,尤其是高功率应用,有待大幅度降低,另外还要提高电池的转换效率和稳定性。
2 电池储能系统构建
2.1 配置方式
电池储能在可再生能源发电中的配置方式对电池储能系统构建具有重要影响,所以首先加以简单分析。储能系统的配置可采取集中式和分布式
2种。集中式储能一般功率高,
容量大,独立配置功率调节系统(PCS)
,直接与电网耦合,便于调度控制。分布式储能一般功率低,容量小,可考虑将其PCS与分布式发电单元并网装置在结构上进行复合。分布式储能虽然配置分散,但如果按照集中控制,统一调度的原则运行,在抑制可再生能源发电功率波动、稳压、调频等方面也可以取得较好的控制
效果[
17]
。储能功率和容量是储能系统的主要投资成本,尤其是容量。储能功率由可再生能源发电实际输出
与目标值差额决定,储能容量一般由可再生能源发电并网平滑策略和能量调度策略确定。以平滑出力
波动为例,
大规模可再生能源发电自身具有一定的空间平滑效应,若采取合理的协调策略,则可进一步
提高平滑效果[18]
。因此,采用集中配置储能可以有
效降低储能功率和容量,提高经济性[
17,19]
。对于集中式风电场、光伏电站,可在变电站出口集中配置储
能;对于配电网中的分布式发电单元,因其与本地负荷关系密切,要从经济性和用户需求综合考虑,寻求储能容量的优化配置,可在集中配置储能的基础上,
根据具体用户布局情况引入分布式储能[
20]
。当前集中式大规模风电场、光伏电站占据了中
国可再生能源发电的主导部分,大容量储能与大规模可再生能源协调配合运行尤其引起工程界和学术界关注。本文在以下的讨论中重点考虑集中式大容量储能系统的构建,将以锂离子电池为例,重点分析大功率电池储能系统构建过程中的几个关键问题,包括电池系统、PCS和系统集成。
2.2 电池系统
电池系统的构建首先要根据具体应用要求,如容量、功率、充放电速率和响应时间等,选择合适的电池类型;
再根据功率和容量大小确定构建形式。要构建大功率电池系统,坚强灵活的电池模块是基础,模块成组技术是关键。
2.2.1 电池模块
传统的电池模块一般将电池单体直接进行串并联,
辅以简单的保护或均衡电路,电池管理系统(BMS
)检测到电池模块内某个单体过充或过放时就切断包含此电池模块的整个组串,这种方案易使整个组串的容量无法得到有效利用,供电可靠性低。一种可选的方案是构建含电池阵列、均衡电路和
BMS的智能模块,
如图1所示,再通过电池模块串并联构建大功率电池系统[
21]
。图1 电池模块
Fig.1 Battery
moduleBMS也采用模块化设计,
包括主控制器和分散在每个电池模块内部的从控制器,主从控制器间通过总线进行信息交互,实现状态监测、充放电均衡控
—
02—2013,37(1
)
制、热管理等功能,确保电池高效运行和延长循环寿命。均衡电路是BMS的执行单元,采用简单的电子开关或小功率DC/DC变换器,实现电池模块内单体以及电池模块间的动态均衡和组合控制。目前商业化的均衡电路大部分采用简单的电阻耗能式,效率低,发热处理困难。能量转移式将是未来的发展方向,主要包括开关结构、开关电容结构和DC/DC变换器结构[22]。其中DC/DC变换器结构具有优越的均流性能,但DC/DC变换器的大量使用导致成本显著升高,为了降低成本,需要深入研究简化的均流电路拓扑,尽量采用标准化元器件。2.2.2 模块成组
电池系统电压等级与要求输出的交流电压等级常不匹配,这是增加电池储能PCS成本的一个重要因素。因此,提高电池系统电压等级具有潜在的经济意义。为了构建高压大功率电池系统,需要研究基于电池模块的成组技术,下面介绍2种基本方案。
方案一是采用电池模块进行直接串并联,如图2所示,即通过电池模块串联提高电池串电压等级,为了满足系统容量,再将电池串并联,最终构建成高压电池系统或低压大电流电池系统。高压电池系统可以优化PCS拓扑,提高PCS转换效率。低压大电流电池系统电压等级低,可降低均衡控制复杂度,提高充放电可靠性,但损耗增大。虽然电池模块内部配置的BMS和均衡电路可以优化均衡和容错性能,但受电池单体及基本电池模块电压等级的限制,构建高压电池系统仍然需要大量单体和模块,电池串内单体增多将导致均衡控制和容错算法的复杂度大幅度提高。另外,电池系统与PCS直接连接,尤其当电池系统电压等级较高时,PCS运行过程中开关暂态带来的电压或电流的高变化率会引起电池退化,甚至永久失效。因此,采用电池模块进行直接串并联时,电池系统的电压等级仍受到限制[23]
。
图2 基于电池模块直接组合的电池系统
Fig.2 Battery system based on battery
module direct combination
方案二是将较大功率的DC/DC变换器集成到电池模块内构成电池功率模块,DC/DC变换器作为电池输出接口,如图3所示,再通过电池功率模块进行串并联构建大功率电池系统[24],如图4所示
。
图3 电池功率模块
Fig.3 Battery power modul
e
图4 基于电池功率模块组合的电池系统
Fig.4 Battery system based on battery
power module combination
DC/DC变换器的引入可降低电池阵列电压等级,简化均衡控制要求,提高可靠性;增大电池电压运行窗口。通过电池功率模块串联较易满足直流母线电压等级要求,若采用高增益DC/DC变换器则可以显著提高直流母线电压等级,极大优化PCS拓扑;多个电池功率模块并联可以提高电池系统容量,甚至可直接与其他电源、负荷构成直流微电网(简称微网)。但电池功率模块串并联运行时,直流母线电压的控制需要模块间协调实现,控制的复杂性有所增加[25-26],电池功率模块因集成DC/DC变换器带来的成本和损耗也将有所增加。
从目前的技术现状来看构建数千伏的高压电池系统,虽然可以使电池系统和PCS效率得到优化,但电池系统及高压系统的辅助设备(如大功率DC/DC变换器、直流开关和绝缘设备等)将导致成本的增加。所以,高压电池系统的经济性尚需要进一步研究,要突破关键技术,降低成本,提高可靠性。相比较而言,低压大电流电池系统(1kV以内)仍是当前比较有效的解决方案。
2.3 功率调节系统
PCS是直流电池系统与交流电网的电力电子接口,除了进行电池充放电管理外还要实现储能系统各项并网功能。目前市场上专门用于大功率电池储能的PCS还较少且不成熟,一般根据用户要求定制。因此,研究适用于大功率电池储能的PCS拓扑有助于规范工程设计,降低成本。
—
1
2
—
·储能技术及其在电力系统中的应用· 丁 明,等 可再生能源发电中的电池储能系统综述
电池储能PCS常采用电压型四象限变流器,
一般还包括变压器、交直流开关设备和保护设备等。PCS容量除了由电池系统功率决定外,
还要考虑无功补偿容量等。电池系统构建形式直接影响电池储能PCS拓扑的选择。采用共直流母线的大功率电池系统,低压(1kV以下)时可采用变流器模块并联技术,电压较高时可采用器件串联或多电平拓扑,为了减小器件串联或电平数增加引起的控制复杂度,可混合运用器件串联技术和多电平技术。
2.3.1 拓扑1:
变流器模块并联型拓扑对于低压大功率电池系统(1kV以下),PCS可
采用变流器模块并联拓扑,如图5所示,变流器模块采用两电平三相桥式电路,模块共交流、直流母线,再通过变压器并网。其优点是基本模块技术成熟,便于根据电池功率进行模块扩展,结合有效的冗余
控制和协调技术可以提高系统的可靠性、
轻载效率和并网电能质量。但需要控制模块间的功率分配,
防止模块过载损坏;当模块采用高阶滤波器(LC或LCL)
时,多机并联后导致等效输出阻抗变化,在变流器脉宽调制(PWM)波和电网非理性扰动等因素的共同激励下,容易产生振荡,需要加以抑制
。
图5 两电平变流器模块并联型PCSFig
.5 PCS based on paralleled two-levelconverter
modules2.3.2 拓扑2:
多电平拓扑电池系统电压等级的优化取决于不同的应用,相关研究表明优化区间可在[1,10]kV,
目前已有5kV以上的高压电池系统应用[1
0,23,27]
。对于数千伏的高压电池系统,可采用多电平技术,如二极管钳
位型拓扑[28-
29]。功率管单元可采用常规IGBT串
联、高压IGBT或集成门极换流晶闸管(IGCT)。图6给出了一种基于IGCT的二极管钳位型三电平
拓扑,这种拓扑技术相对成熟,转换效率高,输出多电平,可提高并网电流质量,降低共模电压对电池系统的冲击。多电平拓扑虽然可以降低共模电压幅值,但由于直流母线电压等级较高,在电平数扩展有限的情况下,仍存在较高的共模电压,共模电压引起的共模电流会加速电池老化,需要加以抑制。另外,
在有功功率双向传送时,直流母线电容的动态均压技术尚需要深入研究
。
图6 二极管钳位型三电平PCSFig.6 PCS based on three-level diode-clamp
ed converter2.3.3 拓扑3:
变流器模块级联型拓扑[30-
31]前面2种拓扑配置的电池系统均采用共直流母线,是集中配置电池的方案。为了采用分散的低压电池系统实现大功率电池储能系统构建,可采用基
于变流器模块级联的PCS,
图7给出了一种基于H桥模块级联的拓扑,每个模块直流侧独立配置电池
组,
三相桥臂间采用星形连接。每个H桥模块配置的电池系统电压等级要求较低,可以显著降低电池
管理复杂度。模块级联后等效开关频率高,
并网电流谐波含量低;交流侧可以直接并入较高电压等级的电网,实现无变压器连接,降低了成本和体积。但
这种功率调节系统控制复杂度增加,
需要综合考虑并网控制、模块冗余控制、模块电池组均衡控制,另外运行过程中H桥模块直流母线存在的2倍频波动,将冲击直接连接到H桥直流侧的电池性能,需要加以抑制
。
图7 H桥模块级联型PCS
Fig.7 PCS based on cascade H-bridg
e converter3种PCS拓扑,从目前电池系统构建复杂性来看,拓扑1、拓扑3较易工程实现。从电池储能系统
功率等级来看,
拓扑1适合数百千瓦至数兆瓦的系统,拓扑2、拓扑3适合数百千瓦至数十兆瓦的系
—
22—2013,37(1
)
统。综合电池系统技术水平和拓扑控制复杂度来
看,拓扑1是当前较有效的解决方案,拓扑3在较大功率场合具有一定的竞争力,
拓扑2面临高压大功率电池系统构建的挑战,
有待于相关技术突破。另外,拓扑1、拓扑3均是模块化设计,在制造、运行和
维护方面有较好的经济效益。
2.4 系统集成
系统集成是将电池系统、PCS和安全设施等进行整合,使之成为能够向电网提供服务功能和确保电池安全运行的电池储能系统。基本电池储能系统的功率等级可以按几兆瓦进行构建,更大功率的电池储能电站可以由多个基本电池储能系统组成,如图8所示。电池储能系统的集成主要涉及监测网络、控制系统、设备布局和安全设施
。
图8 百兆瓦级电池储能电站
Fig.8 Hundreds megawatt level battery
energy
storage station监测网络是各部分设备间信息交互的基础,由
于各部分设备往往来自不同制造厂商,需要进行大量通信协议转换,增加了系统复杂性、成本和维护难度。为使不同制造厂商的产品便于系统集成,能够在各种自动化系统内部准确、快速地交换数据,实现
无缝集成和互操作,
监测网络宜统一采用变电站自动化系统的通信网络和国际标准,各关键设备对外
通信接口也要进行相应设计。控制系统硬件包括系统控制器、PCS控制器和电池管理控制器等;软件功能主要包括控制和保护两部分。各硬件控制器通过高速监测网络进行信息交互,软件实现要根据不同功能和响应时间要求在各控制器间进行合理分配和协调,以提高执行效率,确保系统高效安全运行及故障时的有效合理动作。设备布局要按功能区域划分,以便于运行维护,同时要提高空间利用率。由于电池内部储存着大量能量,安全方面要充分考虑应急规划、防火、人员安全和通风排放控制等。
3 储能应用
电池储能系统的投资成本较高,拓展电池储能
系统的应用功能,可以显著提高经济效益。所以探讨储能在可再生能源发电中的应用研究,可为电池储能系统功能设计提供参考。3.1 集中式发电
对于集中式大规模风电场、光伏电站,一方面要
加强系统调节能力,
如建设跨区电网,增大平衡调节区域;配置调峰电源,提高本地电网消纳能力。另一方面要从电源侧进行协调,基于出力预测技术,实施间歇性电源集群协调控制,同时利用储能、用户互动
等支撑技术,增强其可调度性[
18,32]
。储能系统配置在电源侧的功能可归纳为以下2方面[
1,5,33]
。1
)平滑输出。利用储能系统快速吸收或释放有功功率、
无功功率,平滑可再生能源并网发电爬坡率,并网电压波动性,改善系统的有功功率、无功功率平衡水平,增强稳定性。
2
)经济调度。利用储能系统提高间歇性可再生能源的调度性,使其能够参与类似传统能源发电的调度计划。另外,在电力市场峰谷电价下,利用储能系统实现可再生能源发电在时间坐标上的平移,使其参与电力调峰,优化系统经济性。3.2 分布式发电
微网作为解决分布式发电接入电网的一种有效方式备受关注,储能对于微网的实现具有重要作用,其功能主要体现在以下几方面。
1
)提高稳定性:利用储能系统短时间内提供大功率吞吐,抑制微网运行模式切换过程中功率不平衡引起的振荡,为孤网运行时主发电单元稳定投入提供过渡。当主网恢复正常后,利用储能系统调节
微网电压和频率,实现重新同步并网[
34-
35]。2
)频率电压支撑:利用大容量储能系统作为微网的组网发电单元,
实现孤网运行时电压和频率的支撑[3
6-
37]。3)改善电能质量:将储能系统作为不间断电源(UPS
),为敏感负载提供连续功率;也可作为有源电力滤波器(APF)
,实现负荷谐波补偿等[38]
。4
)经济运行:利用负荷侧管理和电池储能优化微网潮流,
在电价较高时电池储能投入运行,为大电网提供削峰,提高微网系统的经济效益[
39-
40]。4 结语
电池储能在配合大规模可再生能源发电中具有
较好的应用前景,但从电池储能系统自身来看,以下几方面尚需要考虑。
1
)电池性能不同类型电池在功率、能量方面的性能各有侧重,相比于诸多其他储能类型,电池储能功能定位需
—
32—·储能技术及其在电力系统中的应用· 丁 明,等 可再生能源发电中的电池储能系统综述
要明确,要深入研究其在不同功能应用中的适用性
并进行相关示范测试。要研究不同类型电池间、电池与其他储能介质间的组合运行,提高电池的功率性能和循环寿命。随着电动汽车的逐步推广,要研
究功率型乏锂电池性能,
探讨其在电网储能中的二次应用模式。
2
)储能系统储能系统的构建要综合考虑电池模块、
电池系统和PCS这3个关键部分。仅从电池性能来看电池模块的构建,运行窗口较窄的电池可采用基本电池模块;运行窗口较宽的电池宜采用电池功率模块。为了降低构建电池功率模块的成本,要研究大功率DC/DC变换器与均衡电路功能复合的可行性,简化原有均衡电路。储能系统并网电压等级影响PCS拓扑,进而影响电池系统及电池模块的构建方式,而电池系统的构建方式又直接影响PCS拓扑的选择。因此,储能系统构建要从整个系统的效率、经济性和可靠性进行权衡。
3
)储能控制根据储能不同应用目标,储能系统控制策略可以简单划分为调度模式和自主模式。调度模式主要指接受上层系统的有功、无功调度。自主模式一般针对快速响应的应用,如短时功率波动平滑、调频调压、电能质量补偿等。为了提高储能系统的经济效益,需要研究多功能应用模式,对于具有明显分时特性的多功能应用相对容易实现,而在时间坐标上存在明显重叠的并发功能应用尚需要研究复合控制的协调策略。
参考文献
[1
]李霄,胡长生,刘昌金,等.基于超级电容储能的风电场功率调节系统建模与控制[J].电力系统自动化,2009,33(9):86-90.LI Xiao,HU Changsheng,LIU Changjin,et al.Modelling andcontrolling
of SCES based wind farm power regulation system[J].Automation of Electric Power Systems,2009,33(9):86-
90.[2]YOSHIMOTO K,NANAHARA T,KOSHIMIZU G.Analy
sisof data obtained in demonstration test about battery
energystorage system to mitigate output fluctuation of wind farm[C]//2009CIGRE/IEEE PES Joint Symposium Integ
ration of Wide-scale Renewable Resources into the Power Delivery
System,July 29-31,2009,Calgary,AB,Canada:1-5.[3]KAWAKAMI N,IIJIMA Y,SAKANAKA Y,et a
l.Development and field experiences of stabilization system using34MW NAS batteries for a 51MW wind farm[C]//2010IEEEInternational Symposium on Industrial Electronics(ISIE),July4-7,2010,Bari,Italy
:2371-2376.[4]VARTANIAN C,BENTLEY N.A123sy
stems advancedbattery energy
storage for renewable integration[C]//2011IEEE/PES Power Systems Conference and Exposition(PSCE),March 20-23,2011,Phoenix,AZ,USA:1-
7.[5
]丁明,徐宁舟,毕锐.用于平抑可再生能源功率波动的储能电站建模及评价[J].电力系统自动化,2011,35(2):66-
72.DING Ming,XU Ningzhou,BI Rui.Modeling of BESS forsmoothing renewable energy output fluctuations[J].Automation of Electric Power Sy
stems,2011,35(2):66-72.[6]International Electrotechnical Commission Market Strategy
Board.Grid integration of large-capacity
renewable energysources and use of large-capacity electrical energy storage[R].2012.[7]WANG X Y,VILATHGAMUWA D M,CHOI S S.
Determination of battery storage capacity in energy
buffer forwind farm[J].IEEE Trans on Energy Conversion,2008,23(3):868-
878.[8]RIFFONNEAU Y,BACHA S,BARRUEL F,et al.Op
timalpower flow management for grid connected PV sy
stems withbatteries[J].IEEE Trans on Sustainable Energy,2011,2(3):309-
320.[9]TERADA N,YANAGI T,ARAI S,et al.Develop
ment oflithium batteries for energy
storage and EV applications[J].Journal of Power Sources,2001,100(1/2):80-92.[10]WADE N,TAYLOR P,LANG P,et al.Energy
storage forpower flow management and voltage control on an 11kV UKdistribution network[C]//20th International Conference andExhibition on Electricity
Distribution(CIRED 2009),June 8-11,2009,Prague,Czech Republic:1-4.[11]MILLER J M.Energy storage technology m
arkets andapplication’s:ultracap
acitors in combination with lithiumion[C]//7th International Conference on Power
Electronics(ICPE’07),October 22-26,2007,Daegu,South Korea:16-22.[12]KAMIBAYASHI M,TANAKA K.Recent sodium
sulfurbattery
applications[C]//2001IEEE/PES Transmission andDistribution Conference and Exp
osition,October 28-November 2,2001,Atlanta,GA,USA:1169-1173.[13]ROBERTS B P.Sodium-Sulfur(NaS)batteries for utilityenergy
storage applications[C]//2008IEEE Power &EnergySociety General Meeting,July
20-24,2008,Pittsburgh,PA,USA:1-2.[14]温兆银.钠硫电池及其储能应用[J].上海节能,2007(2):7-
10.WEN Zhaoyin.Sodium sulfur cell and energy s
torageapplication[J].Shanghai Energy Conservation,2007(2):7-
10.[15]TOKUDA N,FURUYA M,KIKUOKO Y,et a
l.Development of a redox flow(RF)battery for energy
storage[C]//2002Proceeding
s of the Power Conversion Conference,April 2-5,2002,Osaka,Japan:1144-1149.[16]BAROTE L,WEISSBACH R,TEODORESCU R,et
al.Stand-alone wind system with vanadium redox battery
energystorage[C]//2008 11th International Conference onOptimization of Electrical and Electronic Equipment,May
22-24,2008,Brasov,Romania:407-412.[17]LI W,JO S G.Comparison of energy s
torage systemtechnologies and config
urations in a wind farm[C]//2007IEEE Power Electronics Sp
ecialists Conference(PESC2007),June 17-21,2007,Orlando,FL,USA:1280-1285.[18
]薛峰,常康,汪宁渤.大规模间歇式能源发电并网集群协调控制框架[J].电力系统自动化,2011,35(22):45-
53.—
42—2013,37(1
)
XUE Feng,CHANG Kang,WANG Ningbo.Coordinatedcontrol frame of large-scale intermittent power plant cluster[J].Automation of Electric Power Systems,2011,35(22):45-53.
[19]崔杨,穆钢,刘玉,等.风电功率波动的时空分布特性[J].电网技术,2011,35(2):110-114.
CUI Yang,MU Gang,LIU Yu,et al.Spatiotemporaldistribution characteristic of wind power fluctuation[J].PowerSystem Technology,2011,35(2):110-114.
[20]KHALID M,SAVKIN A V.Model predictive control ofdistributed and aggregated battery energy storage system forcapacity optimization[C]//2011 9th IEEE InternationalConference on Control and Automation(ICCA),December 19-21,2011,Santiago,Chile:521-526.
[21]KIM T,QIAO W,QU L Y.Power electronics-enabled self-Xmulticell batteries:a design toward smart batteries[J].IEEETrans on Power Electronics,2012,27(11):4723-4733.
[22]LAMBERT S,PICKERT V,HOLDEN J,et al.Overview ofsupercapacitor voltage equalisation circuits for an electricvehicle charging application[C]//2010IEEE Vehicle Powerand Propulsion Conference(VPPC),September 1-3,2010,Lille,France:1-7.
[23]BLANK T,THOMAS S,ROGGENDORF C,et al.Designand construction of a test bench to characterize efficiency andreliability of high voltage battery energy storage systems[C]//32nd International Telecommunications Energy Conference(INTELEC),June 6-10,2010,Orlando,FL,USA:1-7.[24]MOO C S,NG K S,HSIEH Y C.Parallel operation of batterypower modules[J].IEEE Trans on Energy Conversion,2008,23(2):701-707.
[25]LIN R L,LIU W S,CHEN J F.Voltage allocation control formulti-module power conversion system with parallel-input andseries-output connection[J].IET Power Electronics,2012,5(1):86-94.
[26]GUERRERO J M,VASQUEZ J C,MATAS J,et al.Hierarchical control of droop-controlled AC and DCmicrogrids:ageneral approach toward standardization[J].IEEE Trans on Industry Electronics,2011,58(1):158-172.[27]HACKWORTH D,WU J,SARKOZI M,et al.FACTS withenergy storage:conceptual design study[R].Palo Alto,CA,USA:Electric Power Research Institute,1999.
[28]BRAGARD M,SOLTAU N,THOMAS S,et al.The balanceof renewable sources and user demands in grids:powerelectronics for modular battery energy storage systems[J].IEEE Trans on Power Electronics,2010,25(12):3049-3056.[29]TRINTIS I,MUNK-NIELSEN S,TEODORESCU R.Singlestage grid converters for battery energy storage[C]//5th IETInternational Conference on Power Electronics,Machines andDrives(PEMD 2010),April 19-21,2010,Brighton,UK:1-6.
[30]MAHARJAN L,INOUE S,AKAGI H.A transformerlessenergy storage system based on a cascade multilevel PWMconverter with star configuration[J].IEEE Trans on IndustryApplication,2008,44(5):1621-1630.
[31]AKAGI H.Classification,terminology,and application of themodular multilevel cascade converter(MMCC)[J].IEEETrans on Power Electronics,2011,26(11):3119-3130.
[32]朱凌志,陈宁,韩华玲.风电消纳关键问题及应对措施分析[J].
电力系统自动化,2011,35(22):29-34.
ZHU Lingzhi,CHEN Ning,HAN Hualing.Key problems andsolutions of wind power accommodation[J].Automation ofElectric Power Systems,2011,35(22):29-34.
[33]TON D T,HANLEY C J,PEEK G H,et al.Solar energygrid integration systems-energy storage(SEGIS-ES)[R].Albuquerque,NM,USA:Sandia National Laboratories,2008.
[34]KATO T,HISADA M,SUZUOKI Y,et al.Feasibility ofincrease in smoothing-capacitor of battery system for dumpingpower oscillation in transition to isolated operation ofdistributed Generator[C]//2008IEEE 30th InternationalTelecommunications Energy Conference(INTELEC2008),September 14-18,2008,San Diego,CA,USA:1-7.
[35]JAYAWARNA N,BARNES M,JONES C,et al.Operatingmicrogrid energy storage control during network faults[C]//2007IEEE International Conference on System of SystemsEngineering(SoSE’07),April 16-18,2007,San Antonio,TX,USA:1-7.
[36]GEORGAKIS D,PAPATHANASSIOU S,HATZIARGYRIOU N,et al.Operation of a prototypemicrogrid system based on micro-sources equipped with fast-acting power electronics interfaces[C]//2004IEEE 35thAnnual Power Electronics Specialists Conference(PESC04),2004,Aachen,Germany:2521-2526.
[37]JAYAWARNA N,BARNES M.Central storage unit responserequirement in‘Good Citizen’microgrid[C]//2009 13thEuropean Conference on Power Electronics and Applications(EPE’09),September 8-10,2009,Barcelona,Spain:1-10.[38]CHUNG Y H,KIM H J,KIM K S,et al.Power qualitycontrol center for the microgrid system[C]//2008IEEE 2ndInternational Power and Energy Conference(PECon2008),December 1-3,2008,Johor Bahru,Malaysia:942-947.
[39]SORTOMME E,EL-SHARKAWI M A.Optimal power flowfor a system of microgrids with controllable loads and batterystorage[C]//2009IEEE/PES Power Systems Conference andExposition(PSCE’09),March 15-18,2009,Seattle,WA,USA:1-5.
[40]丁明,张颖媛,茆美琴,等.包含钠硫电池储能的微网系统经济运行优化[J].中国电机工程学报,2011,31(4):7-13.
DING Ming,ZHANG Yingyuan,MAO Meiqin,et al.Economic operation optimization for microgrids including NaSbattery storage[J].Proceedings of the CSEE,2011,31(4):7-13.
丁 明(1956—),男,教授,博士生导师,主要研究方向:电力系统规划及可靠性、新能源及其利用、柔性输电系统的仿真与控制。E-mail:mingding56@126.com
陈 忠(1983—),男,通信作者,博士研究生,主要研究方向:可再生能源与分布式发电、储能技术。E-mail:chenzh06@163.com
苏建徽(1963—),男,教授,博士生导师,主要研究方向:光伏发电技术、分布式发电技术。E-mail:su_chen@126.com
(编辑 代长振)(下转第102页 continued on page 102)
—
5
2
—
·储能技术及其在电力系统中的应用· 丁 明,等 可再生能源发电中的电池储能系统综述
36(3):246-
251.[14]张崇巍,张兴.PWM整流器及其控制[M].
北京:机械工业出版社,2003.
[15
]王成山,李琰,彭克.分布式电源并网逆变器典型控制方法综述[J].电力系统及其自动化学报,2012,24(2):12-
20.WANG Chengshan,LI Yan,PENG Ke.Overview of typicalcontrol methods for grid-connected inverters of distributedgenerations[J].Proceedings of the CSU-EPSA,2012,24(2):12-
20.[16]陆继明,谢俊文,王丹,等.液流电池模拟器:中国,ZL20112
0224763.6[P].2012-05-
09.谢俊文(1987—),男,通信作者,硕士研究生,主要研究方向:储能与新能源并网、电力电子技术在电力系统中的应用。E-mail:xjwhyhp
@126.com陆继明(1956—),男,硕士,教授,主要研究方向:电力系统运行与控制、电力电子技术在电力系统中的应用。
毛承雄(1964—),男,博士,教授,博士生导师,主要研究方向:电力电子技术在电力系统中的应用、电力系统运行与控制、大型同步发电机励磁控制。
(编辑 代长振)
Optimal Control of Battery Energy Storage System Based on Variable Smoothing
Time ConstantXIE Junwen1,LU Jiming1,MAO Chengxiong1,WANG Dan1,FU Xueqiang2,LIN Wusheng
2
(1.State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering
and Technology,Huazhong University
of Science and Technology,Wuhan 430074,China;2.Hubei Worldwide Electric Group Co.Ltd.,Xiangyang
441002,China)Abstract:Integrating a battery energy
storage system(BESS)with a wind farm helps smooth the fluctuant output of windpower.To smooth wind power output and prolong the life of BESS,an optimal control method of the grid-connected inverterfor BESS is designed.An optimal control method based on variable smoothing time constant and power limit is proposed toprotect BESS by adjusting the smoothing time constant and the limiting
power of BESS in real-time.For the sublayerimplementation of the inverter,the improved double-loop control algorithm is adopted which is able to switch mode to avoidover-voltage or under-voltage of BESS.The exp
erimental results show that the proposed method is feasible and effective,andover-charge,over-discharge and over-load of BESS can be averted.This work is supported by
National Basic Research Program of China(973Program)(No.2009CB219702,No.2010CB227206)and Key Project of National Natural Science Foundation of China(No.50837003).Key
words:wind power;smoothing time constant;power limit;grid-connected inverter;battery energy storage system(BESS);op
櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧timalcontrol(上接第25页 continued from pag
e 25)An Overview of Battery Energy Storage System for Renewable Energy
GenerationDING Ming1,CHEN Zhong1,SU Jianhui1,CHEN Zhong1,WU Jianfeng1,ZHU Cheng
zhi2
(1.Research Center for Photovoltaic System Engineering Ministry of Education,Hefei University
of Technology,Hefei 230009,China;2.Zhejiang
Electric Power Company,Hangzhou 310014,China)Abstract:As an effective technique for enhancing integrating intermittent renewable energy into a power grid,battery
energystorage has become one of the directions of preferred development for its unique performance.The characteristics,currentapplication and to-be-solved key
techniques of three advanced batteries(lithium,sodium sulfur and vanadium redox)are brieflydescribed first.In particular,the construction of the battery energy storage system for renewable energy generation isanalyzed,including the configuration mode,the battery system,the power condition system and system integration.In the end,the present application of the energy storage system in intermittent renewable energy generation is summed up and the problemsin the construction and operation of the battery energy
storage system are pointed out.This work is supported by National High Technology Research and Development Program of China(863Program)(No.2011AA05A107),National Basic Research Program of China(973Prog
ram)(No.2009CB219702),National NaturalScience Foundation of China(No.50837001),and Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China(No.20100111110017).
Key
words:renewable energy;battery energy storage system;lithium-ion battery;sodium sulfur battery;vanadium redoxbattery;power condition sy
stem—
201—2013,37(1
)
- 教学能力大赛决赛获奖-教学实施报告-(完整图文版)
- 互联网+数据中心行业分析报告
- 2017上海杨浦区高三一模数学试题及答案
- 招商部差旅接待管理制度(4-25)
- 学生游玩安全注意事项
- 学生信息管理系统(文档模板供参考)
- 叉车门架有限元分析及系统设计
- 2014帮助残疾人志愿者服务情况记录
- 叶绿体中色素的提取和分离实验
- 中国食物成分表2020年最新权威完整改进版
- 推动国土资源领域生态文明建设
- 给水管道冲洗和消毒记录
- 计算机软件专业自我评价
- 高中数学必修1-5知识点归纳
- 2018-2022年中国第五代移动通信技术(5G)产业深度分析及发展前景研究报告发展趋势(目录)
- 生产车间巡查制度
- 2018版中国光热发电行业深度研究报告目录
- (通用)2019年中考数学总复习 第一章 第四节 数的开方与二次根式课件
- 2017_2018学年高中语文第二单元第4课说数课件粤教版
- 上市新药Lumateperone(卢美哌隆)合成检索总结报告
- 储能
- 综述
- 发电
- 再生
- 电池
- 能源
- 系统
- 生物八年级上人教版5.2.1动物的运动同步检测及答案
- 最新1:500地形图测量技术设计书汇总
- 高中宾语从句练习题及答案详解yin(可编辑修改word版)
- 2022-2022学年重庆市七校联考高一下学期期末模拟考试数学(文)试
- 人教版七年级 上册语文现代文阅读训练试题(1)
- 2022届全国天一大联考新高三原创预测试卷(四)理科数学
- 16秋学期中医大16秋学期《生理学(本科)》实践考试试题(满分答案)
- 河道清淤整治设计说明
- 人教版初中生物八年级下同步练习(97页)
- 年产3000吨猕猴桃果汁工厂设计
- 最新最全三类人员安全员ABC证考试继续教育考试资料
- EPC2022水利工程工程技术文件(标书)
- 年山东省烟台市中考数学试卷参考答案与试题解析
- 大学生求职个人简历范文模板参考.doc
- 口号标语之节约资源的标语
- 2022年教师继续教育心得体会范文
- 医疗管理工作总结文档5篇
- 《供应链管理》实验报告
- 班主任教育工作随笔精选-班主任工作随笔精选
- 班主任教育故事演讲稿(1)