高壓直掛大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)解決方案探討

許潁潁

新疆粵水電能源有限公司 新疆烏魯木齊 830000

電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的過程中，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以用于瞬態(tài)電能質(zhì)量管理工作當(dāng)中，通過快速調(diào)節(jié)補(bǔ)償電力系統(tǒng)的功率和電壓，可以有效的消除負(fù)荷突變電網(wǎng)互聯(lián)產(chǎn)生的區(qū)域震蕩，進(jìn)而提高暫態(tài)穩(wěn)定性。

1 儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著電力軟件系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)在電力能源系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠生產(chǎn)方式和日用消費(fèi)方式的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)未來十年能源技術(shù)整體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，是關(guān)鍵技術(shù)。在電網(wǎng)系統(tǒng)方面，儲(chǔ)能系統(tǒng)可用于暫態(tài)電能質(zhì)量水平的管理。它能以多種方式快速調(diào)節(jié)和補(bǔ)償輸出電壓和功率輸出，完全消除因輸電網(wǎng)絡(luò)突然過載和互聯(lián)而引起的其它區(qū)域振蕩，改善輸電的暫態(tài)不穩(wěn)定性，在電網(wǎng)運(yùn)行中起著重要作用的大容量主動(dòng)響應(yīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)也可以成為發(fā)電的緩沖時(shí)間。在時(shí)間和空間上實(shí)現(xiàn)發(fā)電與用電的解耦，不僅可以進(jìn)一步增強(qiáng)重要區(qū)域輸電的自律能力，而且可以減少輸電和變電。為了解決當(dāng)前跨地區(qū)市場(chǎng)供需矛盾，在普通用戶方面，逐步創(chuàng)新科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的高速鐵路建設(shè)，電力驅(qū)動(dòng)車輛等新型電氣設(shè)備常出現(xiàn)在日常生活中[1]。這種新型的大負(fù)載通常具有短期內(nèi)大功率，數(shù)據(jù)不可預(yù)測(cè)的特點(diǎn)，這對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性有很大的影響。一方面，越來越多的電氣及其他設(shè)備對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求：輸出電壓和高頻相對(duì)穩(wěn)定，無浪涌，無峰值外部干擾，低諧波等。儲(chǔ)能的核心技術(shù)可以不僅可以補(bǔ)償軟件系統(tǒng)的峰值脈沖電流，完全消除浪涌輸入電壓等，還可以改善供電網(wǎng)絡(luò)中的電能存儲(chǔ)質(zhì)量。它還可以作為免費(fèi)的獨(dú)立電源開關(guān)使用，以提供完整，高可靠性和可靠性。電網(wǎng)故障時(shí)提供高質(zhì)量電源。此外，各種儲(chǔ)能技術(shù)也發(fā)展成為新能源產(chǎn)業(yè)不可或缺的重要核心技術(shù)之一。為了緩解日益緊張的能源儲(chǔ)備和減少甲烷排放的重大危機(jī)，越來越多的風(fēng)能和光伏太陽能并網(wǎng)發(fā)電。可再生能源具有波動(dòng)幅度大、間隔時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)不可預(yù)測(cè)等特點(diǎn)。當(dāng)高比率接入時(shí)，電力傳輸?shù)牟环€(wěn)定性、可靠性和安全性受到嚴(yán)重威脅，給電網(wǎng)輸出電流和頻率的整體控制帶來了巨大的新挑戰(zhàn)。一方面，儲(chǔ)能系統(tǒng)的功能還可以穩(wěn)定新建電站的數(shù)量。此外，發(fā)電的波動(dòng)性也可以用來提高風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性[2]。

2 高壓直掛大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)

高壓直掛大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)具有速度快、效率高、可靠性高等缺點(diǎn)。連接到中高壓傳輸網(wǎng)絡(luò)也大大降低了其他模塊對(duì)電池供電電壓的要求。然而，除此之外，所有的電源模塊都是全橋拓?fù)?，所以?dāng)正常的儲(chǔ)能軟件系統(tǒng)在級(jí)聯(lián)中不能正常工作時(shí)，電池側(cè)會(huì)有二次電流強(qiáng)度和物理能量。這種強(qiáng)電流紋波將嚴(yán)重影響充電人的生命安全。同時(shí)，由于電池模塊容量大，級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能裝置的每個(gè)電源模塊都可以接地導(dǎo)體。體積和重量都很大。實(shí)際上，在工程中，結(jié)構(gòu)形式和保溫層的設(shè)計(jì)是相當(dāng)困難的。同時(shí)，大容量電池性能核心模塊與電源模塊之間的通信電纜將為PC機(jī)提供更大的主機(jī)電阻。因此，PCS的電源模塊之間可能存在共模噪聲電壓路徑。為了在不影響基本操作的情況下正常操作，必須考慮串?dāng)_抑制電流的強(qiáng)度。在兩級(jí)級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，可以通過完全控制中間部分的DC總線輸出電壓來抑制鋰離子電池側(cè)。在電池性能和電源電壓波動(dòng)范圍很廣的情況下，次級(jí)脈沖電流還可以為電源模塊提供更不穩(wěn)定的電源電壓，從而可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的系統(tǒng)功能的詳細(xì)設(shè)計(jì)。另外，丁明等。明確提出了一種針對(duì)下游有源無源器件的解決方案，該解決方案將一個(gè)互通的降壓/升壓轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接到電池側(cè)，并控制轉(zhuǎn)換器的輸出脈沖電流以抑制鋰離子電池側(cè)[3]。

3 強(qiáng)化應(yīng)用效果的策略

當(dāng)差動(dòng)電源網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)短路現(xiàn)象的故障原因時(shí)，儲(chǔ)能MMC轉(zhuǎn)換器需要根據(jù)上述子系統(tǒng)模塊拓?fù)洳捎孟嗤奶囟ūＷo(hù)保護(hù)策略。半橋MMC在總直流母線的一側(cè)具有自然的直流輸入電壓，因此它無法控制有故障的高壓電流，并且無法執(zhí)行其他斷路器或其他用于保護(hù)的開關(guān)操作[4]。增強(qiáng)保護(hù)功能完成后，儲(chǔ)能MMC轉(zhuǎn)換器的總下游母線和向下流動(dòng)的電網(wǎng)系統(tǒng)完全斷開，因此成為分散的MMC-BESS。為了快速改善半波整流電路MMC，不可能控制DC。當(dāng)前故障問題的強(qiáng)度，各種新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)已被清晰地一一提出。許多更新的類型不需要特殊的保險(xiǎn)絲。第二步克服了直流線路短路的嚴(yán)重故障。其中，將半橋功能模塊和全橋模塊相結(jié)合的混合MMC（hybrid MMC，HMMC）是最簡(jiǎn)單且持久的方法。與上述儲(chǔ)能MMC轉(zhuǎn)換器相比，儲(chǔ)能HMMC轉(zhuǎn)換器在正常工作條件下受到控制?？傮w策略基本上是不同的。另外，在HMMC中，更多的注意力集中在部署相同電源模塊所采用的策略上。在三種正常的恢復(fù)模式下，半橋模塊和全橋模塊的數(shù)據(jù)參考輸出電壓基本相同，并且下游組件更多，并且完全通信和通信。等效于使用全橋模塊作為半橋核心模塊。在兩種嚴(yán)重故障模式下，為了能夠完成對(duì)近期目標(biāo)的控制，整個(gè)橋臂的輸入電壓權(quán)重必須為零。在HMMC調(diào)制過程的最傳統(tǒng)的主要策略中，半橋系統(tǒng)模塊通常會(huì)短路，而全橋模塊將承受通信網(wǎng)格系統(tǒng)的輸出電壓。然而，在儲(chǔ)能HMMC轉(zhuǎn)換器中，半橋核心模塊和全橋模塊通過電池單元連接。為了在每個(gè)電池性能方面保持其他模塊核心模塊之間的平衡，半橋模塊仍可以恢復(fù)正常工作。因此，有必要使用全橋模塊來補(bǔ)償半橋的其他模塊未生成的全輸出電流分量[5-6]。

4 結(jié)語

科技快速發(fā)展的背景下，新型用電設(shè)備數(shù)量和種類都在增加，在人們的日常生活當(dāng)中其扮演了重要的角色，但是這種設(shè)備通常都有著短時(shí)大功率和不可預(yù)測(cè)的特點(diǎn)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生直觀的影響。