双碳目标下储能系统关键技术及应用

双碳目标下储能系统关键技术及应用

郭祝帆

深圳供电局有限公司 广东深圳 518000

摘要:近些年来，随着人们对生产以及生活用电要求的不断提升，给现在电力行业带来了更大的发展压力，在进行供电的过程中要具有较高的稳定性与安全性。在储能系统与电网间的交流过程中，储能双向变流器是重要通道，同时也是电网能够在各种情况下迅速恢复供电技术的关键所在。本文以此为基础，对生态双碳目标大背景下，储能系统的关键技术进行详细分析，并且对储能系统关键技术的应用现状以及未来发展趋势进行探讨，希望以此可以为智能电网的构建进一步提供理论基础。

关键词：电网运行；双碳目标；储能系统技术；储能双向变流器

1. 双碳目标下储能系统的应用意义

在生态目标价储能系统具有较为明确的现实意义，应用储能不但可以一定程度上提高电力系统的灵活性，同时还有利于电力系统安全性与经济性的提升。由此可知，储能作为未来智能电网的发展方向，同时也是可再生能源如何提高能源供应比重，发展互联网智能能源的重要支撑，对于电力行业的可持续发展具有重要意义。

在目前的状态目标也就是碳峰值与碳中和二者的战略背景下，储能系统得到了广泛发展，在储能系统中是以新能源为主要发展主体的，并且作为新型电力系统发展速度较快，在新能源系统的消耗过程中，应用储能系统具有较为明显的作用。对于新能源发电源负荷以及用电量的不稳定储能系统具有较为明显的优势，不但调节速度，相较于其他系统较快，并且配置方式相对较为灵活，可以孤岛运行。应用该系统后可以促进电网运行更加稳定，并且有利于调频与调压能力的提升，在调控时也具有较为稳定的优势，可以促进电力系统更加安全稳定的运行。

除此之外，随着目前电力行业的不断发展进步，政府及相关部门推出了对应的激励机制，应用储能系统后可以利用峰谷价差从而形成优势，实现用电成本的降低。由此我们可以得知，储能系统与新能源发电都是电力系统在发展过程中根据需求测的发展所经历的必走之路，同时也可以实现双碳目标。但是与此同时，储能系统在发展过程中如何优化性能，更好的参与到电网调节之中，促进工程功能应用等重难点问题仍然需要解决。

2. 储能双向变流器结构选择

1. 双向AC/DC拓扑结构

这种类型的交流/DC网络没有中线，包括6个开关组合，可以利用电容储能，可以根据不同的控制策略满足系统的储能或放电要求。此外，该拓扑电路与大电容并联，产生的侧电压波动小，波形为PWM波或方波。双向能量传输主要通过功率开关和二极管的并联电路实现。

2. 双向DC/DC拓扑结构

本研究选用的是结构简单、操作容易、效率更好的无隔离双向DC/DC拓扑结构。无隔离双向DC/DC电路最常用的拓扑结构包括四种：Buck/Boost拓扑电路、双向半桥拓扑电路、双向cuk拓扑电路和双向sepic拓扑电路。这四种电路的共同特点是拓扑电路中都有两个开关，并且在正向电路或反向电路工作时总有一个开关处于关闭状态。综合考虑各方面因素，选择双向半桥电路为双向DC/DC拓扑结构。

3. 储能双向变流器控制研究

1. 搭建储能双向变流器数学模型

通过相关调查可知，在储能系统中利用三相电压整流器，可以使得直流侧的电压始终保持在稳定状态，从而有利于电网中电流传输稳定性的保持。如果电力系统正处于工作状态时，并且为正向工作状态，那么电流与电压的相位是一致的，如果电路系统在工作状态是处于逆变器工作状态，那么电流与电压的相位是相反的。通过该装置可以使得系统运行处于直接控制状态下，并且通过装置内部中的开关，可以对直流侧与交流侧的变化进行控制。

2. 储能双向变流器的控制策略

在本文研究过程中，为了对储能系统中双向变流器的运行状态以及控制策略进行探究，对此进行了分析。通过调查可知，在一般情况下，通常运用直流母线恒压以及恒流控制策略为电网的主网实施电压支持与频率支持。利用恒定直流母线电压侧位后，可以使得电网电路的功率与因数保持在稳定状态，从而促进直流侧电压值始终保持在稳定范围。与此同时，恒流控制策略设计则相对较为简便，需要在并网模式下，通过电流环对电路整流器与电路逆变器进行有效控制。

3. 仿真结果分析

在本文中通过仿真软件完成了仿真模型的构建工作在构建过程中以不同控制策略为基础，建造了不同种类的仿真模型，对于恒流控制策略与恒压控制策略进行验证。

在对恒流控制策略进行仿真结果分析的过程中，需要对模型的参数加以设置，例如需要将电池电压设置为380伏，将开关频率调节为18KHz和9KHz。除此之外，还需要对储能双向变换器与电池的电容量进行设置。与此同时，工作人员还需对离散仿真时间进行设定，并将电池电压始终控制在650伏，将工作电流设置为20A。在以上数据设定完成后，需要对储能双向变流器处于工作状态时，电网侧的电压波形与电流波形进行密切监测。通过以上仿真结果分析可知在仿真电路中，电流处于放电模式状态与处于充电模式状态的相位为相反的。

4. 储能双向变流器平台建设与实验分析

为了对储能双向变流器中的双向循环能力进行测试，可以在硬件上完成该项工作，工作人员可以以此为基础搭建并完善储能双向变换器实验平台，在实验平台中主芯片为DSP芯片。除此之外，在该双向变换器试验平台中是以DSP采样结果为基础，从而实现控制策略的，达到控制开关状态的目的。

在实验分析过程中对各项条件进行控制，通过实验可证明储能系统在工作过程中充电与放电处于正常状态，并且电压较为稳定，电流质量较高。

结束语

综上所述，在本文中重点探讨了生态目标下储能系统关键技术的应用现状，并且就储能系统在电网平稳运行过程中所起到的重点作用进行分析。具体而言，在本文研究过程中，根据储能系统的实际工作特点为基础以及电网运行，对储能系统所提出的标准要求，对储能双向变流器进行了详细分析。以储能系统的拓扑结构为基础，同时利用坐标变换的方式对电压与电流进行计算引入，通过建立并完善储能双向变流器模型，以仿真验证的方式进行声像变流器平台的搭建。在平台搭建完成后，对储能双向变流器这一设置的具体工作情况进行了观察，并完成硬件测试。以上各环节的数据指标说明在充电系统中储能双向变换器，具有较为稳定的作用能力，在运行过程中可以为储能系统提供关键技术，有利于电网的稳定运行。

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