【正文】 其次在選擇 時(shí)注意其性價(jià)比，在滿足系統(tǒng)需求的情況下，容量盡可能小，提高 經(jīng)濟(jì)性 。 微網(wǎng)中儲能設(shè)備 容量的選擇 選擇儲能容量時(shí)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(jià)比低；容量太小則 又 不能發(fā)揮其在系統(tǒng)中的作用。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(jìn) 行控制。 抑制系統(tǒng)功率振蕩 時(shí) 的控制系統(tǒng) 如圖 所示 ， 它 由波動(dòng)功率抑制控制模塊和儲能系統(tǒng)功率控制 兩個(gè) 模塊構(gòu)成。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。 （ 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(jìn)行供電，由于風(fēng)和太陽光是時(shí)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。 相角 .esI 電壓 圖 儲能系統(tǒng)補(bǔ)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。 ,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(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制 ,es esPQ的目的。 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(jì)了儲能 系統(tǒng) 的控制策略。 + + 儲能系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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 。 esV lineZ 負(fù)荷 圖 單獨(dú)供電示意圖 （ 2） 和其它電源配合共同為負(fù)荷供電 當(dāng)微網(wǎng)以孤島模式運(yùn)行的時(shí)間過長的時(shí)候，儲能系統(tǒng)就會耗盡自身儲存的能量，不能繼續(xù)為負(fù)荷提供電能，這時(shí)，儲能系統(tǒng)只有和其它電源配合共同為負(fù)荷供電才能夠滿足負(fù)荷的供電需求，并且調(diào)節(jié)和改善電能質(zhì)量。 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(dú)為負(fù)荷供電；和其它電源配合共同為負(fù)荷供電； 抑制系統(tǒng)功率震蕩。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。本文畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 主要針對如何改善儲能系統(tǒng)負(fù)荷端的電能質(zhì)量進(jìn)行研究。本文就其技術(shù)問題作了可行性的論述，而在實(shí)際當(dāng)中，只有當(dāng)常規(guī)電源發(fā)生故障而不能為負(fù)荷供電時(shí)儲能系統(tǒng)才進(jìn)行短時(shí)間的供電 。 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(shí)間穩(wěn)定地輸出電能 。 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(shí)施分析計(jì)算，都基本吻合微網(wǎng)中微電源的技術(shù)要求。 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(dá)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(jìn)行解耦控制，通過解耦控制，可以使 儲能系統(tǒng)具有獨(dú)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(dòng)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(shí)間常數(shù)， 是 由系統(tǒng)的具體參數(shù)決定 的 。 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 。 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(shí)候 ， 可以用一個(gè) 受控電壓源 來模擬儲能系統(tǒng) ，如圖 (2)和 (4)所示。 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。 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。 儲能系統(tǒng) 的共同點(diǎn) 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(gè) 部分組成：儲能部分、 變流部分和控制部分 。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。 蓄電池儲能系統(tǒng) 的 組成 [14]可以分為 四個(gè)部分 ： 蓄電池組、控制裝置 、逆變器 和變壓器。其中， 電能轉(zhuǎn) 換系統(tǒng) 是用來 變換和傳輸能量 的 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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。 目前，超級電容器的電容量已經(jīng)達(dá)到 1000F，最大聯(lián)合儲存能量能達(dá)到 30MJ，這系列產(chǎn)品的放電電流處于 400 到 2021A 之間，并且工作電壓在 12 到 400V 之間。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)。 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。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(gè)反應(yīng)是可逆的，能多次釋放和存儲能量。 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(shí)則釋放。鋰離子電池技術(shù)改進(jìn)的重點(diǎn)是進(jìn)一步增強(qiáng)其安全性 。鋰離子電池是一種較新的技術(shù)，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(jià)格較為昂貴，主要用于筆記本電腦、手 機(jī)等電子產(chǎn)品。它和鉛酸電池相比需要較少的維護(hù)，但使用鎘不利于環(huán)保。這些儲能方式在微電網(wǎng)儲能中應(yīng)用不多 [12]。 抽水蓄能大多應(yīng)用于集中式發(fā)電中，作用是對電網(wǎng)調(diào)峰。 11122211SM ES SM ESSM ES SM ESP P uTTQ Q uTT? ? ?? ? ?????? () 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 其中， SMESP 和 SMESQ 分別為 儲能設(shè)備 向系統(tǒng)注入的有功和無功功率， 1u ， 2u 作 為SMES 的控制量 ，分別控制 儲能設(shè)備 向系統(tǒng)注入的有功和無功功率， 1T ， 2T 為 SMES 的慣性時(shí)間常數(shù)，由系統(tǒng)的具體參數(shù)決定。如果 SMES 作為一個(gè)儲能設(shè)備接入微電網(wǎng)，那么就可以等效為一個(gè)功率源，它可以改變負(fù)荷端的功率輸入，從而改變電能質(zhì)量。 超導(dǎo)磁儲能的選擇 根據(jù)入網(wǎng)變流器類型 的 不同 ， SMES 可以 分為電流源型和電壓源型兩種， 它們的交換功率都是通過調(diào)節(jié)有功和無功功率控制的。 2） 超導(dǎo)磁體的儲能 超導(dǎo)磁體能夠儲存多少磁能，主要取決于兩個(gè)方面：一是超導(dǎo)線圈的電感，二是超導(dǎo)帶材的流通能力。 超導(dǎo)磁儲能的容量 在超導(dǎo)儲能中，變流器的容量和超導(dǎo)磁體的載磁量決定了儲能容量的大小。 控制器分為外環(huán)控制器和內(nèi)環(huán)控制器，外環(huán)控制器為主控制器，它為內(nèi)環(huán)控制器提供參考值，內(nèi)環(huán)控制器根據(jù)提供的參考值控制變流器的開與關(guān)。 監(jiān)控系統(tǒng) 有 兩個(gè)組成部分 ： 信號采集控制器和保護(hù)系統(tǒng) 。 超導(dǎo)磁體要運(yùn)行，最基本的條件就是溫度 ，低溫系統(tǒng)對超導(dǎo)磁體的冷卻有兩種方式，一種是浸泡冷卻，一種是傳導(dǎo)冷卻 。 設(shè)計(jì)超導(dǎo)磁體時(shí) 應(yīng)當(dāng)考慮機(jī)械強(qiáng)度、低溫技術(shù)、 冷卻方式 、 超導(dǎo)帶材性能 、 磁體保護(hù) 和運(yùn)行可靠性。 由于超導(dǎo)線圈沒有電阻，在線圈中的電流也就不會產(chǎn)生熱損耗，所以它的平均電流密度非常高， 由于具有 很強(qiáng)的磁場，它的能量密度高達(dá) 和 儲能效率 也非常高 。 這時(shí) ，電能便以磁場的形式存在超導(dǎo)線圈中， 這個(gè)能量的 大小如式 （ ） 所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 超導(dǎo)線圈儲能原理圖 超導(dǎo)磁儲能設(shè)備的原理 超導(dǎo)線圈儲能原理如圖 所示。 超導(dǎo)磁儲能設(shè)備的結(jié)構(gòu) 超導(dǎo)磁儲能設(shè)備 主要的組成部分是超導(dǎo)線圈、變換器、制冷裝置、測控系統(tǒng)和失超保護(hù)系統(tǒng)。 超導(dǎo)磁儲能 超導(dǎo)磁儲能（ SMES）有 著 響應(yīng)快 、損耗低 、能量密度高 等非常 優(yōu)越 的 性能 ，是超導(dǎo)技術(shù)和電力電子技術(shù)的完美結(jié)合 。 圖 恒電流放電蓄電池放電深度變化曲線 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 恒電流放電蓄電池電解液溫度變化曲線 圖 展示了蓄電池放電時(shí)的放電深度 DOD 的變化情況，可以看出， DOD 值的大小和放電電流的大小呈正比。 從圖 可以看出，隨著充電時(shí)間的增加，蓄電池電解液的溫度也逐漸增加，直到充電漸漸趨于飽和后，電解液的溫度增加迅速。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 恒電流充電蓄電池端電壓示意圖 從圖 中 可以看出，以恒電流給鉛酸蓄電池充電，電池的端電壓在初期時(shí)突然迅速增高，一會后趨于平穩(wěn)，但在充電的后期又明顯地上升，最后在某一定值停止上升，漸漸趨于平穩(wěn)。 文獻(xiàn) [10]中給出了鉛酸蓄電池充放電在 SIMULINK 中的仿真結(jié)果。 圖 三階動(dòng)態(tài)模型 鉛酸蓄電池的三階動(dòng)態(tài) 數(shù)學(xué) 模型 鉛酸蓄電池的 放電電流和電解液的溫度能夠影響它的 容量 。在 該模型 中主要包括主電路和輔電路兩個(gè)部分 ，如圖 所示。 另外，在充電達(dá)到飽和電解液中的水會發(fā) 生分解 ， 在 正極 會 產(chǎn)生氧氣 ，這些氧氣 遇到負(fù)極 處于海綿狀的鉛而產(chǎn)生反應(yīng)，這種 反應(yīng) 能使負(fù)極的部分 處于不飽和狀態(tài) ，從 而抑制氫氣產(chǎn)生。 它的結(jié)構(gòu)及其各部分的作用如 表 所示： 表 閥控式密封鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu) 組成部分 材料 作用 正極 鉛 銻 鈣合金欄板，材料中含氧化鉛活性物質(zhì) 降低自放電并且保證蓄電池有足夠的容量 負(fù)極 負(fù)極為鉛 銻 鈣合金欄板，材料中含海綿狀纖維活性物質(zhì) 同上 隔板 無紡超細(xì)玻璃纖維并且含先進(jìn)的多微孔 AGM 隔板保持電解液 防止活性物質(zhì)從電極表面 脫落、保持電解液、防止正負(fù)極短路 電解液 主要成分為硫酸，在電解液中用于傳導(dǎo)離子 使電子能在電池正負(fù)極活性物質(zhì)間轉(zhuǎn)移 外殼和蓋子 一般外殼和蓋子為 ABS 樹脂 有足夠的機(jī)械強(qiáng)度承受電池內(nèi)部壓力；提供電池正負(fù)極組合欄板放置的空間 安全閥 材質(zhì)為具有優(yōu)質(zhì)耐酸和抗老化的合成橡膠 電池內(nèi)壓高于正常壓力時(shí)釋放氣體，保持壓力正常；阻止氧氣進(jìn)入 端子 正負(fù)極端子可以為連接片、棒狀、螺柱或引出線，具體由電池用途絕定 密封端子有利于大電流放電和延長使用壽命 鉛酸蓄電池的原理 鉛酸蓄電池的化學(xué)反應(yīng)式如下： 充電： 4 2 2 2 42 2 2b b bP S O H O P O P H S O? ? ? ?(電解池 ) 放電： 2 2 4 4 22 2 2b b bP O P H S O P S O H O? ? ? ?(原電池 ) 陽極： 24 2 2 42 2 4bbP SO H O e P O H SO? ? ?? ? ? ? ? 陰極： 2442bbP S O e P S O??? ? ? 充電時(shí)， 將 直流電源連 接在蓄電池的正負(fù)極上， 電能就能以化學(xué)能的形式儲存于蓄畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 電池中；放電時(shí)，將正負(fù)極連接的輸出設(shè)備上，蓄電池中的化學(xué)能就能轉(zhuǎn)化為電能輸出到外部設(shè) 備。在許多鉛酸電池充放電時(shí)， 會 產(chǎn)生酸霧，腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境。 鉛酸蓄電池的頂部有 6 個(gè)塑料密封蓋，密封蓋上有通氣孔，并且可以擰開，它的作用是檢查和注入電解液，排放電池中的多余氣體。 不過，隨著科技的發(fā)展，鉛酸蓄電池也變得維護(hù)簡單、壽命更長了。 鉛酸蓄電池的 電壓穩(wěn)定、價(jià)格便宜，但是它的比能 (即 儲存的電能比上電池的質(zhì)量 )低，電池的使用壽命相對較短，并且 日常維護(hù) 比較麻煩 。 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu) 鉛酸蓄電池 的電極由鉛和鉛的氧化物制成， 正極的主要成分是二氧化鉛，負(fù)極的主要成分是鉛 ， 并且 用 硫酸溶液 作為電解液 。 鉛酸 電池儲能 目前，人們已經(jīng)研究出來的電化學(xué)儲能電池多中多樣， 其中以鉛酸蓄電池應(yīng)用最為廣泛。 文獻(xiàn) [9]給出了飛輪儲能系統(tǒng)充放電過程仿真分析的結(jié)果， 在仿真中，假設(shè)系統(tǒng)和功率開關(guān)都處于理想的工作狀態(tài)，不考慮功率損失和延時(shí)， 設(shè)置 參數(shù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 kg m? ；直 流電壓 36bEV? ；電動(dòng)勢常數(shù) ? ；內(nèi)阻 ??；? ，所得到的電機(jī) 轉(zhuǎn)速 仿真波形 圖 如圖 所示 。 在飛輪釋放能量時(shí) ，飛輪轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn) 的速度從高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)逐漸降低，轉(zhuǎn)子方程應(yīng)為： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） eLdJ T T Bdt? ?? ? ? ?