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《史气美〉(2015.No.1)
文章编号:1004-289X(2015)01-0088-04
钒电池技术在微电网储能系统中的应用
张闻,王松楠,张师,张会强
(1.东北电カ大学,吉林吉林132012;2.珠海供电公司,广东珠海519003)
摘要;作为徽电网研究领城的关键性技术,储能技术对微电网的供电可靠性、经济与安全具性有重大影响。旨
在为提高微电网的电能质量和稳定性,把一定容量的钒电池运用在微电网储能系统上。首先分析了目前多种储
能技术的特性,介绍了电池的工作原理;其次建立了钒电池等效电路模型;最后利用 MATLAB/ Simulink软件对
钡电池充放电特性进行仿真分析。
关键词:钒电池;徽电网;储能系统
中图分类号:TM71
文献标识码:B
Application of VRB Technology in the Energy Storage System of a Micro-grid
ZHANG Wen-yi, WANG Song-nan, ZHANG Shi, ZHANG Hui-qiang
(1. Northeast Power University, Jilin 132012, China
2. Zhuhai Power Supply Company, Zhuhai 519003, China)
Abstract: As the critical technology of micro-grid, the energy storage technology have a significant effect on supply reli-
ability, economy and securiy of micr- The paper aim o ae wer ali y and stability of micr- id trough
equip the micro-grid with vanadium redox battery(VRB storage system. Firstly, It analyzes the character of the current
enery storage echnologies and introduce VRB operating principle. Secondly, It establishes equivalent circuit
model. Finally, analyzes on charge and discharge character by MATLAB/Simulink
Key words: vanadium redox battery(VRB); micro-grid; energy storage system
1引言
储能系统可以显著提高微电网的整体性能及风能、光
伏等能源利用率?。
全球范围的能源与环境问题使利用清洁能源、经
济高效、多样化的分布式发电技术受到广泛重视。後2储能系统的必要性
电网的概念的提出使得分布式发电的优势被充分利
储能系统作为一种特殊的微电源由储能单元和双
用,抑制了分布式发电对电网的不利影响,弱化了传统向变流器构成,在并网运行时,储能系统进行储能;在
电力系统与分布式发电间的矛盾。典型的微电网是
孤岛运行时,储能系统可以加快切换时间,平衡多种电
组多种分布式发电单元储能系统和负荷的集合,由中源间响应时间不一致的弊端,改善电能质量。储能
央能量管理单元负责微电网内的发电调度。微电网正系统对于实现微电网的基本功能起着至关重要的作
常情况下运行在联网模式,必要时能够与大电网断开用。将储能技术应用于微电网中从而提高各种新能源
独立运行叫。在这两种模式下,高性能储能系统作为的并网性能及电能的综合利用效率、保障供电系统的
微电网系统一个重要单元,具有动态吸收能量并适时可靠性、提高电能质量。所以,充分发挥微电网自身功
释放的特点,它可以保证微电网安全稳定运行,改善电能离不开高性能的储能系统。
能质量,优化系统配置。此外,储能系统还有助于微电2.1储能系统的种类
网实现用户的个性化要求,提高供电可靠性,降低馈电
储能技术发展迅速,形式也多种多样,物理、化学
损耗,或作为不间断供电源2。基于钒电池的微电网和电磁储能为当前主要的3类储能按技术。物理储能
气什〉(2015.No.1)
方式主要有飞轮储能、抽水储能、压缩空气储能。主要极之间用离子膜分开,由电极活性物质和集流板构成
的化学储能方式有,铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂电极,正负极电解液分别存储在两个储罐中,工作时用
离子电池、钒电池等。电磁储能方式包括超级电容储外接泵将电解液注入电池堆以完成电化学反应,之后
能、超导储能。抽水储能一般适用于100MW以上电解液回到储罐中,使储罐内活性物质不断循环流
的电力系统,而在总容量通常为数MW级的微电网中动。在充放电过程中,电池中的反应可以表示为:
抽水储能前景黯淡。类似抽水储能,压缩空气储能同
正极:Vy-evy
样只适用于大功率调节,难以适应微电网的需求。飞
充屯
轮储能适合短时储能释放,主要用来平抑波动,但目前
负极:V+-e放电
飞轮储能成熟产品较少、超级电容储能功率密度高,循
离子膜
环寿命长,用以提供瞬时大功率供电,但使用成本高,
不宜作为主要储能元件、超导储能还处于研究阶段,而
正极电
负极电
解液储
解液儲罐
没有大规模应用。铅酸蓄电池对环境温度要求苛刻,
v/V
v/V
也就是提高了其使用场合的环境要求,且铅酸蓄使用
寿命较短,且存在废弃电池的处理回收问题。若其生
电极
产及废品处理不当,会造成严重的环境污染
3钒电池的特性及工作原理
泵
AC/DC
3.1钒电池的特性
电站
充电
放电
负载
钒电池的全称是全钒氧化还原液流电池( Vanadia
um Redox Battery,缩写为VRB),VRB具有特殊的电池
图1钒电池的工作原理
结构,其特点有的:功率大,通过增加单个电池的数量
4钒电池等效电路模型
和电极面积可增加钒电池的功率;容量大,容量可通过
增加电解液的容积任意调整;效率高,钒电池的电极催
钒电池的等效电路如图2所示。其中:VRB中的
化活性高,且在正、负极电解槽中分别存储正、负极活活性化学物质含量通过等效动态变量SOC(充电状
性物质;效应速度快,充、放电切换在运行过程中只需态)体现;电池堆的电勢等效成受控电压源,主要受
要0.02s,响应速度低于1ms;寿命长,钒电池的正、负SOC变化影响;泵升损耗被等效成受控电流源,受泵损
极活性物质存在于正、负极电解液中,只发生液相反电流控制,由SOC和电流共同决定。钒电池功率损耗
应,不存在复杂的固相反应,因此电池寿命长,可承受主要由等效内阻损耗和外部寄生电阻损耗构成。其中
大电流放电;安全性高,VRB发生爆炸或着火的可能等效内阻损耗分为反应动力学的电阻()损耗和溶液
性极低,即使发生正、负极电解液混合也只会使电解液膜、双极板、电极引起的电阻()损耗。外部寄生电阻
温度小幅提高,不存在危险;运行维护成本低,电池结损耗分为固定电阻损耗和泵损”。
构简单,不需要贵金属做电极催化剂,除离子膜外
VRB主要部件工艺简单,原料价格低廉;清洁环保,
VRB制造、使用及废弃过