一、簡(jiǎn)介
目前，電力系統(tǒng)正在向大規(guī)模發(fā)展，負(fù)載構(gòu)成越來(lái)越復(fù)雜。這些因素使得電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 鋰離子電池具有壽命長(zhǎng)，成本低，效率高的特點(diǎn)。 它已被用于移動(dòng)通信，電氣工程，航空航天等領(lǐng)域。 鋰離子電池作為鋰離子電池技術(shù)的代表已經(jīng)從電池的小容量發(fā)展到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的規(guī)模。 它是解決現(xiàn)代電力系統(tǒng)挑戰(zhàn)的有效途徑。
二、大型鋰離子電池系統(tǒng)的基本化學(xué)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(fù)極之間鋰離子的解離。 當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子從正極分離并終吸附在負(fù)極上。 在此期間，鋰離子通過(guò)電介質(zhì)。電池的放電過(guò)程是相反的過(guò)程。
正負(fù)極的反應(yīng)式：

大型規(guī)模的鋰離子電池系統(tǒng)在基本反應(yīng)理論上與小容量鋰離子電池相同。
三、大型規(guī)模的鋰離子電池系統(tǒng)控制和并入電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如上圖所示，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)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(zhuǎn)換器部分主要選用電壓源型逆變器。 該轉(zhuǎn)換器是大容量鋰離子電池與電力系統(tǒng)之間的連接電路，實(shí)現(xiàn)了電池直流電與交流電系統(tǒng)之間的能量傳輸。
在鋰離子電池系統(tǒng)中，可以控制電壓幅值和電壓相位角。當(dāng)需要對(duì)電力系統(tǒng)增加有功功率時(shí)，我們可以在電力系統(tǒng)接入點(diǎn)的電壓角度之前控制鋰離子電池系統(tǒng)的電壓角度，從而可以從電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有功功率進(jìn)入電力系統(tǒng)。反之亦然。
四、大型規(guī)模的鋰離子電池系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
大型規(guī)模的鋰離子電池系統(tǒng)技術(shù)對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量的改善具有重要意義。
（一）提高電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。大型鋰離子電池裝置可以方便地協(xié)調(diào)有功功率和無(wú)功功率。這種方式實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的快速控制，可以支撐電網(wǎng)的電壓和頻率，減少了區(qū)域振蕩，因而可以改善電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。
（二）顯著提高電能質(zhì)量和供電穩(wěn)定性。電能質(zhì)量直接影響用戶(hù)和用電設(shè)備的工作，對(duì)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。配電系統(tǒng)電能質(zhì)量的主要問(wèn)題包括電壓降，浪涌電壓和電壓波動(dòng)等問(wèn)題。利用鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和電力電子技術(shù)，可以快速平衡系統(tǒng)中的不平衡功率，有效改善電壓波動(dòng)和波形失真，從而提高電能質(zhì)量水平。此外，鋰電池系統(tǒng)還可以作為應(yīng)急電源使用，以確保不間斷電力供應(yīng)。
（三）支持新能源發(fā)電并作為分布式電源靈活輸電。隨著傳統(tǒng)化石燃料的枯竭，可再生能源已逐漸成為重要的能源來(lái)源。大規(guī)模鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)為解決新能源發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題提供了有效途徑。 在美國(guó)能源部提出的“Grid2030”計(jì)劃中，“主干電網(wǎng)+ 微電網(wǎng)”已經(jīng)成為未來(lái)電網(wǎng)的基本框架。建立大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)與新能源發(fā)電機(jī)組結(jié)合形成聯(lián)合運(yùn)行機(jī)構(gòu)是解決新能源發(fā)電技術(shù)規(guī)模化入網(wǎng)的有效解決方案。 這都表明，大型鋰電池系統(tǒng)在未來(lái)的電力系統(tǒng)建設(shè)中扮演著非常重要的角色。
五、大型鋰離子電池系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響
現(xiàn)代電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性不同于傳統(tǒng)電網(wǎng)，傳統(tǒng)電網(wǎng)通過(guò)繼電保護(hù)和勵(lì)磁控制已經(jīng)逐漸不能滿(mǎn)足現(xiàn)代電網(wǎng)的穩(wěn)定性需求。在當(dāng)前的電網(wǎng)中，專(zhuān)門(mén)為電網(wǎng)穩(wěn)定控制而設(shè)計(jì)的鋰離子電池儲(chǔ)能裝置的例子還十分的稀有。目前應(yīng)用廣泛的還是柔性交流輸電技術(shù)，特別是靜態(tài)同步補(bǔ)償器。研究發(fā)現(xiàn)有功功率的快速吸收和釋放是提高系統(tǒng)阻尼和穩(wěn)定性的有效方式，但這只依靠柔性交流輸電技術(shù)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)與柔性交流輸電技術(shù)的結(jié)合是未來(lái)電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。已經(jīng)有研究證明，STATCOM 結(jié)合電池儲(chǔ)能技術(shù)抑制波形振蕩和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的效果非常明顯，這為鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
六、結(jié)語(yǔ)
大型規(guī)模的鋰離子電池系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義。盡管該技術(shù)還有待向更大規(guī)模化進(jìn)一步發(fā)展，但諸多研究已經(jīng)表明，鋰離子電池系統(tǒng)在未來(lái)分布式電源建設(shè)，電能質(zhì)量改善和電力系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)方面必發(fā)揮重要作用。