超級電容器(法拉電容)在智能電網(wǎng)中的應用
微電網(wǎng)由微電源、負荷、儲能以及能量管理器等組成。儲能在微電網(wǎng)中發(fā)生作用的形式有:接在微電源的直流母線(xiàn)上、包含重要負荷的饋線(xiàn)上或者微電網(wǎng)的交流母線(xiàn)上。其中,前兩種可稱(chēng)為分布式儲能,最后一種叫做中央儲能。
當并網(wǎng)運行時(shí),微電網(wǎng)內的功率波動(dòng)由大電網(wǎng)進(jìn)行平衡,此時(shí)儲能處于充電備用狀態(tài)。當微電網(wǎng)由并網(wǎng)運行切換到孤網(wǎng)運行時(shí),中央儲能立即啟動(dòng),彌補功率缺額。微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行時(shí)負荷的波動(dòng)或者微電源的波動(dòng)則可以由中央儲能或者分布式儲能平衡。其中,微電源的功率波動(dòng)有兩種平衡方式,將分布式儲能和需要儲能的微電源并聯(lián)接在某饋線(xiàn)上,或者將儲能直接接入該微電源的直流母線(xiàn)上。
1.提供短時(shí)供電
微電網(wǎng)存在兩種典型的運行模式:正常情況下,微電網(wǎng)與常規配電網(wǎng)并網(wǎng)運行,稱(chēng)為并網(wǎng)運行模式;當檢測到電網(wǎng)故障或電能質(zhì)量不滿(mǎn)足要求時(shí),微電網(wǎng)將及時(shí)與電網(wǎng)斷開(kāi)從而獨立運行,稱(chēng)為孤網(wǎng)運行模式。微電網(wǎng)往往需要從常規配電網(wǎng)中吸收部分有功功率,因而微電網(wǎng)在從并網(wǎng)模式向孤網(wǎng)模式轉換時(shí),會(huì )有功率缺額,安裝儲能設備有助于兩種模式的平穩過(guò)渡。
2.用作能量緩沖裝置
由于微電網(wǎng)規模較小,系統慣性不大,網(wǎng)絡(luò )及負荷經(jīng)常發(fā)生波動(dòng)就顯得十分嚴重,對整個(gè)微電網(wǎng)的穩定運行造成影響。我們總是期望微電網(wǎng)中高效發(fā)電機(如燃料電池)始終工作在它的額定容量下。但是微電網(wǎng)的負荷量并非整日保持不變,相反,它會(huì )隨著(zhù)天氣變化等情況發(fā)生波動(dòng)。為了滿(mǎn)足峰值負荷供電,必須使用燃油、燃氣的調峰電廠(chǎng)進(jìn)行高峰負荷調整,由于燃料價(jià)格很高,這種方式的運行費用太昂貴。超級電容器儲能系統可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題,它可以在負荷低落時(shí)儲存電源的多余電能,而在負荷高峰時(shí)回饋給微電網(wǎng)以調整功率需求。超級電容器功率密度大、能量密度高的特性使它成為處理尖峰負荷的最佳選擇,而且采用超級電容器只需存儲與尖峰負荷相當的能量。
3.改善微電網(wǎng)的電能質(zhì)量
儲能系統對微電網(wǎng)電能質(zhì)量的提高起到了十分重要的作用。通過(guò)逆變器控制單元,可以調節超級電容器儲能系統向用戶(hù)及網(wǎng)絡(luò )提供的無(wú)功及有功,從而達到提高電能質(zhì)量的目的。由于超級電容器可快速吸收、釋放大功率電能,非常適宜將其應用到微電網(wǎng)的電能質(zhì)量調節裝置中,用來(lái)解決系統中的一些暫態(tài)問(wèn)題,如針對系統故障引發(fā)的瞬時(shí)停電、電壓驟升、電壓驟降等問(wèn)題,此時(shí)利用超級電容器提供快速功率緩沖,吸收或補充電能,提供有功功率支撐進(jìn)行有功或無(wú)功補償,以穩定、平滑電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。
4.優(yōu)化微電源的運行
綠色能源如太陽(yáng)能、風(fēng)能,往往具有不均勻性,電能輸出容易發(fā)生變化。這就需要使用一種緩沖器來(lái)存儲能量。由于這些能源產(chǎn)生的電能輸出可能無(wú)法滿(mǎn)足微電網(wǎng)峰值電能的需求,因此,可以采用儲能裝置在短時(shí)間內提供所需的峰值電能,直到發(fā)電量增大,需求量減少。適量的儲能可以在DG單元不能正常運行的情況下起過(guò)渡作用。如利用太陽(yáng)能發(fā)電的夜間,風(fēng)力發(fā)電在無(wú)風(fēng)的情況下,或者其他類(lèi)型的DG單元正處維修期間,這時(shí)系統中的儲能就能起過(guò)渡作用。
在能源產(chǎn)生的過(guò)程是穩定的而需求是不斷變化的情況下,也需要使用儲能裝置。通過(guò)將過(guò)剩的能量存儲在儲能裝置中,就可以在短時(shí)間內通過(guò)儲能裝置提供所需的峰值能量。