大型锂离子电池在电力系统中的应用及影响

一、简介
目前，电力系统正在向大规模发展，负载构成越来越复杂。这些因素使得电力系统的稳定性面临严峻挑战。 锂离子电池具有寿命长，成本低，效率高的特点。 它已被用于移动通信，电气工程，航空航天等领域。 锂离子电池作为锂离子电池技术的代表已经从电池的小容量发展到系统结构的规模。 它是解决现代电力系统挑战的有效途径。
二、大型锂离子电池系统的基本化学原理
锂离子电池是可以充电的电池。 电池的主要工作原理是正极和负极之间锂离子的解离。 当电池充电时，锂离子从正极分离并终吸附在负极上。 在此期间，锂离子通过电介质。电池的放电过程是相反的过程。
正负极的反应式：

大型规模的锂离子电池系统在基本反应理论上与小容量锂离子电池相同。
三、大型规模的锂离子电池系统控制和并入电力系统结构

如上图所示，锂离子电池储能系统主要由电池组和变换器两部分组成。 电池组部分采用大容量锂离子电池，转换器部分主要选用电压源型逆变器。 该转换器是大容量锂离子电池与电力系统之间的连接电路，实现了电池直流电与交流电系统之间的能量传输。
在锂离子电池系统中，可以控制电压幅值和电压相位角。当需要对电力系统增加有功功率时，我们可以在电力系统接入点的电压角度之前控制锂离子电池系统的电压角度，从而可以从电池系统实现有功功率进入电力系统。反之亦然。
四、大型规模的锂离子电池系统在电力系统中的应用
大型规模的锂离子电池系统技术对于电力系统的稳定性和电能质量的改善具有重要意义。
（一）提高电力系统的可靠性和安全性。大型锂离子电池装置可以方便地协调有功功率和无功功率。这种方式实现了电网的快速控制，可以支撑电网的电压和频率，减少了区域振荡，因而可以改善电网的动态和静态特性。
（二）显著提高电能质量和供电稳定性。电能质量直接影响用户和用电设备的工作，对电网的经济运行具有重要意义。配电系统电能质量的主要问题包括电压降，浪涌电压和电压波动等问题。利用锂离子电池储能系统和电力电子技术，可以快速平衡系统中的不平衡功率，有效改善电压波动和波形失真，从而提高电能质量水平。此外，锂电池系统还可以作为应急电源使用，以确保不间断电力供应。
（三）支持新能源发电并作为分布式电源灵活输电。随着传统化石燃料的枯竭，可再生能源已逐渐成为重要的能源来源。大规模锂电池储能系统为解决新能源发电并网问题提供了有效途径。 在美国能源部提出的“Grid2030”计划中，“主干电网+ 微电网”已经成为未来电网的基本框架。建立大规模储能技术与新能源发电机组结合形成联合运行机构是解决新能源发电技术规模化入网的有效解决方案。 这都表明，大型锂电池系统在未来的电力系统建设中扮演着非常重要的角色。
五、大型锂离子电池系统对电力系统稳定性的影响
现代电力系统的稳定性不同于传统电网，传统电网通过继电保护和励磁控制已经逐渐不能满足现代电网的稳定性需求。在当前的电网中，专门为电网稳定控制而设计的锂离子电池储能装置的例子还十分的稀有。目前应用广泛的还是柔性交流输电技术，特别是静态同步补偿器。研究发现有功功率的快速吸收和释放是提高系统阻尼和稳定性的有效方式，但这只依靠柔性交流输电技术是无法实现的。锂离子电池储能技术与柔性交流输电技术的结合是未来电力系统稳定控制领域的重要发展方向。已经有研究证明，STATCOM 结合电池储能技术抑制波形振荡和动态响应的效果非常明显，这为锂离子电池储能技术的进一步应用奠定了理论基础。
六、结语
大型规模的锂离子电池系统对电力系统稳定性具有重要意义。尽管该技术还有待向更大规模化进一步发展，但诸多研究已经表明，锂离子电池系统在未来分布式电源建设，电能质量改善和电力系统功率调节方面必发挥重要作用。