【正文】 ，相對于它的重量而言，其存儲量大于大多數(shù)電池，但是其價格較為昂貴，主要用于筆記本電腦、手機等電子產(chǎn)品。鋰聚合物電池則是新一代的鋰離子電池，相對于傳統(tǒng)的鋰離子電池它 更具成本優(yōu)勢。鋰離子電池技術(shù)改進的重點是進一步增強其安全性 。 鈉硫電池在電網(wǎng)中是最具有適用性的。 鈉硫電池在日本得到廣泛應(yīng)用，主要是在電力使用低峰期儲 存電力，在高峰時則釋放。該電池適合存儲風(fēng)能、太陽能發(fā)電系統(tǒng)的間歇 性電 力。 鈉硫電池是一種新型的電池，它能直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。鈉硫電池的電解質(zhì)隔膜材料是陶瓷管，負極為金屬鈉，正極為硫。在高溫下，鈉和硫會融化，鈉離子和硫離子通過電解質(zhì)隔膜而發(fā)生反應(yīng)，這個反應(yīng)是可逆的，能多次釋放和存儲能量。鈉硫電池的儲存轉(zhuǎn)換效率高、壽命長、能量密度大并且沒有地域限制，適合于電力系統(tǒng)中應(yīng)用，是目前城市電網(wǎng)最經(jīng)濟使用的儲能方式。 其它電磁儲能方式 除了超導(dǎo)儲能之外，超級電容器也在電力系統(tǒng)儲能中 也 具有重大的意義。 超級電容器是根據(jù)電化學(xué)的雙電層理論研制的，它有非常大的電容量并且有非常強畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 大的脈沖功率。 它極大的電容量來自于極小的電荷層間距和特殊的電極結(jié)構(gòu)。另外，它的容量和儲存電荷的時間也因為受到電介質(zhì)的耐壓性等情況而被限制，為了更方便的充放電控制和增加系統(tǒng)容量，鈉硫電池必須串聯(lián)起來使用。 目前，超級電容器的電容量已經(jīng)達到 1000F，最大聯(lián)合儲存能量能達到 30MJ，這系列產(chǎn)品的放電電流處于 400 到 2022A 之間，并且工作電壓在 12 到 400V 之間。在電力系統(tǒng)中，超級電容器大多應(yīng)用于平滑大功率短時間的負載，也可用于削弱功率高峰值，例如，在電壓被瞬態(tài)干擾和跌落的時候提高電能質(zhì)量。 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第三章 儲能技術(shù) 在微網(wǎng)中的應(yīng)用 原理 儲能 系統(tǒng)的模型建立 目前新興的儲能系統(tǒng)有超級電容器儲能 (SCES)，蓄電池儲能 (BESS)和 超導(dǎo)磁儲能(SMES)等。 超級電容器儲能系統(tǒng) 的組成主要有三部分 [12]： 超級電容器組件陣列 、電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、綜合控制系統(tǒng)。其中， 電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 是用來 變換和傳輸能量 的 。 同樣， 超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的組成 [13]也 可以分為 三個部分 ： 超導(dǎo)線圈、控制器 、強制換向變換器。 蓄電池儲能系統(tǒng) 的 組成 [14]可以分為 四個部分 ： 蓄電池組、控制裝置 、逆變器 和變壓器。 通過比較前面的儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ，常見儲能系統(tǒng) 都可以分為三個部分：儲能元件 、控制系統(tǒng)和變流 器。不同的儲能系統(tǒng)，它們的控制系統(tǒng)和變流器部分是相似的。在建立共同的數(shù)學(xué)模型時，各種儲能系統(tǒng)在充放電時間、容量和功率限制上有不同的參數(shù)。 儲能系統(tǒng) 的共同點 飛輪儲能系統(tǒng) 、 蓄電池儲能系統(tǒng)以及超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)的相似之處可以歸結(jié)為以下方面： （ 1） 從結(jié)構(gòu)上來看，它們都由 3 個 部分組成：儲能部分、 變流部分和控制部分 。 圖 所示 為儲能系統(tǒng)的各個部分流程圖 。 能量輸入 電能輸出 圖 儲能 系統(tǒng) 部分示意圖 （ 2）從功能 上來看 ， 它們 可以 是有任意無功和有功的功率源，也可以是 任意電流和頻率的電流源， 甚 至 可以是任意電壓和頻率的電壓源。 （ 3）微網(wǎng)中， 各種儲能系統(tǒng)都能夠為敏感負荷供電或者 平衡系統(tǒng) 的 功率。 另外，一般儲能系統(tǒng)還能穩(wěn)定電壓和調(diào)整頻率，從而提高電能質(zhì)量。 儲能設(shè)備（化學(xué)能、機械能、電磁能等） 控制部分 電力電子輸出設(shè)備 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 儲能 系統(tǒng) 的簡化模型 在暫態(tài)穩(wěn)定分析中， 根據(jù)輸出變量的不同， 儲能系統(tǒng)的 計算模型可 以 分為三種 ：功率源模型、電壓源模型（包括串聯(lián)和并聯(lián)）以及電流源模型 。 圖 儲能系統(tǒng)的簡化模型 1） 電壓源模型 在 分析電力系統(tǒng)的時候 ， 可以用一個 受控電壓源 來模擬儲能系統(tǒng) ，如圖 (2)和 (4)所示。 s e t s e te s s y ss y sP jQV V ZV????? ???? () 式中， Z 代表 鏈接變壓器阻抗。 2）功率源模型 通常 功率源模型 可以 用一階延遲環(huán)節(jié) 來 表示，如圖 中 (1)所示 。用 功率響應(yīng)延時和控制環(huán)節(jié)延時的 和 來表示時間常數(shù)，可以得到式 ()： ,11pqe s s e t e s s e tpQKKP P Q QT S T S???? () 式中， pK 、 qK 分別表示 有功和無功功率響應(yīng)的增益系數(shù)， pT 、 qT 表示有功和無功功(1)功率源型 (2)串聯(lián)電壓源型 (3)電流源型 (4)并聯(lián)電壓源型 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 率 的功率響應(yīng)延時， 、 表示儲能系統(tǒng)向系統(tǒng)輸出的有功功率和 無功功率。 3）電流源模型 圖 中的 (3)表示的是 儲能系統(tǒng)的電流源模型， 它的 注入電流 的相量表達式 可以表示 為： ()se t se tessy sP jQI V?? () 儲能系統(tǒng)可以對電壓源模型和電流源模型進行解耦控制，通過解耦控制，可以使 儲能系統(tǒng)具有獨立的四象限調(diào)節(jié)能力，能方便地控制儲能系統(tǒng)的有功和無功功率，其動態(tài)模型可以采用如下方程表示 [15]： .111.2221111es esesesP P uTTQ Q uTT? ? ?? ? ?????? () 其中 ,esP 和 esQ 分別 表示 儲能系統(tǒng)向系統(tǒng)注入的有功和無功功率， 1u ， 2u 分別表示儲能系統(tǒng)的控制量，分別 控制 esP 和 esQ ， 1T ， 2T 為儲能系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)， 是 由系統(tǒng)的具體參數(shù)決定 的 。 由上面的模型可以看出，儲能系統(tǒng)可以應(yīng)用于微網(wǎng)中的微電源和儲能設(shè)備。 儲能 系統(tǒng) 在微電網(wǎng)中的應(yīng)用途徑與可行性研究 儲能 系統(tǒng) 應(yīng)用于 微電源 通過 采用前面所建立的儲能系統(tǒng) ，我們可以看出， 無論使用什么樣的技術(shù)來簡化儲能模型實施分析計算，都基本吻合微網(wǎng)中微電源的技術(shù)要求。 從 以上（ ），（ ）中容易看出，控制儲能系統(tǒng)的輸出電壓和輸出電流實際上就是控制儲能系統(tǒng)的功率 。 es esW P t?? () 由式 ()可以看出， 只有系統(tǒng)有足夠的能量才能長時間穩(wěn)定地輸出電能 。 但是，當(dāng)前要建設(shè)一個容量很大的儲能系統(tǒng)需要的費用很高，并且不建議運用儲能系統(tǒng)為微電網(wǎng)長時間的供電。本文就其技術(shù)問題作了可行性的論述，而在實際當(dāng)中，只有當(dāng)常規(guī)電源發(fā)生故障而不能為負荷供電時儲能系統(tǒng)才進行短時間的供電 。 儲能 系統(tǒng) 應(yīng)用于 儲能設(shè)備 儲能系統(tǒng)的主要作用就是使系統(tǒng)的功率保持平衡并且改善負荷端的電能質(zhì)量。本文畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 主要針對如何改善儲能系統(tǒng) 負荷端的電能質(zhì)量進行研究。 如 式 ()()所介紹的 ， 為了使其在四象限能夠進行有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)，我們隊系統(tǒng)實施解耦控制。如此，該系統(tǒng)就能夠輸出容量允許范圍內(nèi)隨意的有功和無功功率。微電網(wǎng)系統(tǒng)中，儲能系統(tǒng)能夠就如何改善負荷端的電壓、如何改變負荷端的頻率以及如何提高微網(wǎng)的穩(wěn)定性向系統(tǒng)輸出相應(yīng)的無功、有功功率并且能夠平衡微網(wǎng)的功率。 儲能 系統(tǒng) 的控制 方 法 儲能 系統(tǒng) 的工作模式 儲能系統(tǒng) 主要有三種工作模式： 作為微電源單獨為負荷供電；和其它電源配合共同為負荷供電； 抑制系統(tǒng)功率震蕩。 （ 1） 單獨為負荷供電 由于儲能系統(tǒng)輸出 的電壓和頻率需要滿足用電負荷的需要，它在單獨為負荷供電時應(yīng)當(dāng)采用并聯(lián)電壓模型，如圖 所示。 esV lineZ 負荷 圖 單獨供電示意圖 （ 2） 和其它電源配合共同為負荷供電 當(dāng)微網(wǎng)以孤島模式運行的時間過長的時候，儲能系統(tǒng)就會耗盡自身儲存的能量，不能繼續(xù)為負荷提供電能，這時，儲能系統(tǒng)只有和其它電源配合共同為負荷供電才能夠滿足負荷的供電需求，并且調(diào) 節(jié)和改善電能質(zhì)量。 esV lineZ 負荷 圖 配合 其它電源 供電示意圖 如圖 ，在微網(wǎng)系統(tǒng)中有一個電壓源型電源，在它的輸出端并聯(lián)一個儲能系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)這個電源的有功功率和無功功率的輸出，從而調(diào)節(jié)對負荷輸入的電能和電壓。 + + 儲能系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） （ 3） 抑制系統(tǒng)功率振蕩 如圖 所示， 是 利用儲能系統(tǒng)抑制系統(tǒng)功率 的 振蕩 的原理圖 。 圖 抑制系統(tǒng)功率震蕩 圖 圖 中所示， 母線 2 處 安裝儲能系統(tǒng) ，根據(jù)功率平衡原理 [16]，可以得到 式（ ） ： ? sys M essys M esP P PQ Q Q???? () 由式（ ） 可 知 ，發(fā)電機的輸出功率在一定范圍內(nèi)波動，我們可以控制儲能系統(tǒng)輸入的功率，進而控制其對電網(wǎng)的注入功率，這樣，就能夠抑制微電網(wǎng)系統(tǒng)的功率震蕩。 儲能 系統(tǒng) 的控制策略 下面針對 調(diào)節(jié)電能質(zhì)量，抑制功率振蕩的作用設(shè)計了儲能 系統(tǒng) 的控制策略。 （ 1） 儲能系統(tǒng)補償負荷端電壓 圖 補 償負荷端電壓示意圖 補償時 系統(tǒng)如圖 所示， 發(fā)電機的輸出電壓發(fā)生波動，負荷端電壓無法保持穩(wěn)定，發(fā)電機 電網(wǎng) 儲能 系統(tǒng) 發(fā)電機 儲能 系 統(tǒng) 電網(wǎng) 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 可以用式 ()表示： +es eses P jQI v ?? ? () 由 上一 節(jié) 可以知道 ，無論何種類型 的儲能系統(tǒng)都可進行解耦控制，對于功率源型，其輸出功率的計算可由 ()式表示。 ,11pqe s s e t e s s e tpQKKP P Q QT S T S???? () 這樣通過控制 ,set setPQ就可以實現(xiàn)獨立控制 ,es esPQ的目的。 儲能系統(tǒng)的響應(yīng)速度 很快 ， 圖 展示了采用 PI 控制時儲能系統(tǒng)的控制框圖。 相角 .esI 電壓 圖 儲能系統(tǒng)補償控制框圖 圖 展示了綜合控制有功功率和無功功率的流程。先通過測量母線 1 上的相角差和電壓差輸入到有功控制器和 無功控制器中，產(chǎn)生一個控制功率的期望值，再通過控制功率計算得到儲能系統(tǒng)應(yīng)到輸出的有功功率和無功功率，然后得到相應(yīng)的有功電流和無功電流，這樣，就使電壓得到了調(diào)節(jié)，穩(wěn)定了負荷的端電壓。 （ 2） 儲能系統(tǒng)抑制功率 振蕩 在微網(wǎng)中，常常采用風(fēng)能發(fā)電和光伏發(fā)電等微電源進行供電，由于風(fēng)和太陽光是時刻發(fā)生變化的，所以會產(chǎn)生不穩(wěn)定性，微電源的功率也會發(fā)生功率震蕩。另外，在微網(wǎng)的運行中，各種故障也會使功率發(fā)生震蕩。而在微網(wǎng)中應(yīng)用儲能系統(tǒng)可以抑制微網(wǎng)的功率震蕩。 I 節(jié)點發(fā)生功率震蕩時儲能系統(tǒng)穩(wěn)定負荷功率的連接方法如圖 所示： 圖 系統(tǒng)示意圖 有 功 控 制器 無 功 控 制器 容量限制 根據(jù) ,set setPQ計算得到,es esPQ f? v? 儲能 系統(tǒng) 負荷 P,Q 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 在 圖 中 ，根據(jù)功率平衡原理可以得到 ： ? L i esL i esP P PQ Q Q???? () 從 式 ()中可以看出 ， 只要控制了 儲能系統(tǒng) 向電網(wǎng) 輸入的有功 功率 和無功功率 ，就可以 調(diào)節(jié)負荷端的有功功率和無功功率 。 抑制系統(tǒng)功率振蕩 時 的控制系統(tǒng) 如圖 所示 ， 它 由波動功率抑制控制模塊和儲能系統(tǒng)功率控制 兩個 模塊構(gòu)成。 圖 儲能系統(tǒng)抑制功率震蕩控制圖 其中， ( ) ( ),Pi s Qi sGG分別為 有功功率和無功功率控制器的傳遞函數(shù) 。選擇式 ()所示的 儲能系統(tǒng)作為功率源模型，采用 解耦控制 對有功和無功功率進行控制。 由圖 可知，抑制功率振蕩 可以 先 得到 節(jié)點 i 處的控制 實際測量 Pi 和控制 實際測量 Qi，然后 分別通過控制器產(chǎn)生期望 的 控制功率， 再經(jīng)過 功率控制模塊得到 需要向 儲能系統(tǒng)輸出的功率 ，并將其 輸入到系統(tǒng)中，從而抑制 i 節(jié)點處的功率振蕩。 微網(wǎng)中儲能設(shè)備 容量的選擇 選擇儲能容量時的 要求 在微網(wǎng)中，如果儲能設(shè)備容量過大，會使資源得不到充分利用，性價比低；容量 太小則 又 不能發(fā)揮其在系統(tǒng)中的作用。因此，我們要在滿足兩個要求 [13]的前提下選擇合適的儲能設(shè)備，即首先能保證儲能系統(tǒng)可自己承擔(dān)安全完成任務(wù)，滿足系統(tǒng)需求。其次在選擇時注意其性價比，在滿足系統(tǒng)需求的情況下，容量盡可能小，提高 經(jīng)濟性 。 iP 控制測量量 iQ 控制測量量 容量限制量 功率解 耦控制 功率控制器 儲能 系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 儲能設(shè)備容量的選擇方法 因為 在微網(wǎng)中，儲能設(shè)備 的相對 容量 較小 ，所以