大型鋰離子電池在電力系統中的應用及影響

一、簡介
目前，電力系統正在向大規模發展，負載構成越來越復雜。這些因素使得電力系統的穩定性面臨嚴峻挑戰。 鋰離子電池具有壽命長，成本低，效率高的特點。 它已被用于移動通信，電氣工程，航空航天等領域。 鋰離子電池作為鋰離子電池技術的代表已經從電池的小容量發展到系統結構的規模。 它是解決現代電力系統挑戰的有效途徑。
二、大型鋰離子電池系統的基本化學原理
鋰離子電池是可以充電的電池。 電池的主要工作原理是正極和負極之間鋰離子的解離。 當電池充電時，鋰離子從正極分離并終吸附在負極上。 在此期間，鋰離子通過電介質。電池的放電過程是相反的過程。
正負極的反應式：

大型規模的鋰離子電池系統在基本反應理論上與小容量鋰離子電池相同。
三、大型規模的鋰離子電池系統控制和并入電力系統結構

如上圖所示，鋰離子電池儲能系統主要由電池組和變換器兩部分組成。 電池組部分采用大容量鋰離子電池，轉換器部分主要選用電壓源型逆變器。 該轉換器是大容量鋰離子電池與電力系統之間的連接電路，實現了電池直流電與交流電系統之間的能量傳輸。
在鋰離子電池系統中，可以控制電壓幅值和電壓相位角。當需要對電力系統增加有功功率時，我們可以在電力系統接入點的電壓角度之前控制鋰離子電池系統的電壓角度，從而可以從電池系統實現有功功率進入電力系統。反之亦然。
四、大型規模的鋰離子電池系統在電力系統中的應用
大型規模的鋰離子電池系統技術對于電力系統的穩定性和電能質量的改善具有重要意義。
（一）提高電力系統的可靠性和安全性。大型鋰離子電池裝置可以方便地協調有功功率和無功功率。這種方式實現了電網的快速控制，可以支撐電網的電壓和頻率，減少了區域振蕩，因而可以改善電網的動態和靜態特性。
（二）顯著提高電能質量和供電穩定性。電能質量直接影響用戶和用電設備的工作，對電網的經濟運行具有重要意義。配電系統電能質量的主要問題包括電壓降，浪涌電壓和電壓波動等問題。利用鋰離子電池儲能系統和電力電子技術，可以快速平衡系統中的不平衡功率，有效改善電壓波動和波形失真，從而提高電能質量水平。此外，鋰電池系統還可以作為應急電源使用，以確保不間斷電力供應。
（三）支持新能源發電并作為分布式電源靈活輸電。隨著傳統化石燃料的枯竭，可再生能源已逐漸成為重要的能源來源。大規模鋰電池儲能系統為解決新能源發電并網問題提供了有效途徑。 在美國能源部提出的“Grid2030”計劃中，“主干電網+ 微電網”已經成為未來電網的基本框架。建立大規模儲能技術與新能源發電機組結合形成聯合運行機構是解決新能源發電技術規?；刖W的有效解決方案。 這都表明，大型鋰電池系統在未來的電力系統建設中扮演著非常重要的角色。
五、大型鋰離子電池系統對電力系統穩定性的影響
現代電力系統的穩定性不同于傳統電網，傳統電網通過繼電保護和勵磁控制已經逐漸不能滿足現代電網的穩定性需求。在當前的電網中，專門為電網穩定控制而設計的鋰離子電池儲能裝置的例子還十分的稀有。目前應用廣泛的還是柔性交流輸電技術，特別是靜態同步補償器。研究發現有功功率的快速吸收和釋放是提高系統阻尼和穩定性的有效方式，但這只依靠柔性交流輸電技術是無法實現的。鋰離子電池儲能技術與柔性交流輸電技術的結合是未來電力系統穩定控制領域的重要發展方向。已經有研究證明，STATCOM 結合電池儲能技術抑制波形振蕩和動態響應的效果非常明顯，這為鋰離子電池儲能技術的進一步應用奠定了理論基礎。
六、結語
大型規模的鋰離子電池系統對電力系統穩定性具有重要意義。盡管該技術還有待向更大規?；M一步發展，但諸多研究已經表明，鋰離子電池系統在未來分布式電源建設，電能質量改善和電力系統功率調節方面必發揮重要作用。