江卓璿（中海油大同煤制氣項目籌備組，山西 大同 037100）

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風電并網儲能技術研究與分析

江卓璿
（中海油大同煤制氣項目籌備組，山西 大同 037100）

摘要：風電并網的關鍵技術問題主要就是儲能技術，怎樣去提升在風電并網的過程中儲能問題是目前面臨的關鍵問題之一。本文簡要的總結了風電并網中各儲能技術的特點，并分析了當前情況下各種儲能技術存在的相關問題和原因，同時也對各儲能技術在實際運用中問題展開了分析；其次本文重點闡述了儲能技術在低電壓穿越、功率波動等方面最新的技術發(fā)展情況，這將為風電并網在儲能技術方面的應用及提升提供一定的借鑒。

關鍵詞：風力發(fā)電；儲能技術；并網運行；有功控制；無功控制

在全球發(fā)展的背景下，能源、環(huán)境已經成為世界性的難題，如何高效利用可再生年能源，提高可再生能源在整個能源消耗中的比重，是全球范圍內各個國家的共同愿望，而風力發(fā)電經過幾十年的發(fā)展，已經成為一種較為成熟的可再生能源發(fā)電技術，它具有無污染、低消耗等特點，當前雖然風電已經大規(guī)模的開始應用，但它在帶來巨大經濟效益的同時也給整個傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)帶來了安全方面的問題，隨著風電機組在單機容量的提高、風電傳統(tǒng)率的提高，相當規(guī)模的風電開始直接進入傳統(tǒng)的輸電系統(tǒng)，這對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全的運行帶來了挑戰(zhàn)。而儲能技術是解決這些問題的關鍵，國外將這一些列問題統(tǒng)稱為ESS，即儲能系統(tǒng)，是一種如何將電能轉化為其他能儲存的能量，如化學能、電磁能等形態(tài)，在需要時再將這些能量轉化為電能進行輸送。其中儲能介質和能量轉接口是ESS的主要組成部分， 通過相應的控制技術，ESS可以實現(xiàn)輸電功率的實時控制，在進行動態(tài)的收集能量同時也可以做到合理的釋放。同時，ESS也可以進行有功、無功的調節(jié)，如果在風電系統(tǒng)中結合ESS，則可以顯著的提高對電功率的控制，從而進一步的提升整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，改善及優(yōu)化整個電力系統(tǒng)的運行效率等。

1　風電并網存在的問題

風電自身的輸出功率有著不穩(wěn)定性的特點，特別是在國內，風電的規(guī)模大，集中度高，相近的風電場的輸出力有著很強的相關性，所以風電出力的波動會給整個電力系統(tǒng)帶來很大的影響。其次，現(xiàn)有的風電控制設計一般是假設接入強電網而設計，而風電機組在遠距離、大規(guī)模的特點下，就與電網系統(tǒng)之間有著相對較弱的鏈接，另一點就是，國內大多的風電機組是通過電子結構并網的，它的特點就是動態(tài)響應，這也傳統(tǒng)的同步發(fā)電機有著較大差別，所以以上情況也導致了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在穩(wěn)定控制、故障保護等方面的問題難以維護，對整個電力系統(tǒng)的安全也構成了威脅。為了保證大范圍的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，電網公司對風電場在出力波動、無功調節(jié)等方面做出了嚴格的規(guī)定，這也導致了很多風電場達不到入網條件，致使風電機的閑置運轉的現(xiàn)象出現(xiàn)。

綜上所述，風電功率的可控性、ECS動態(tài)響應這兩方面的問題是風電并網存在的主要問題，其中風電功率缺乏可控性是導致供電穩(wěn)定性和充足性等問題的關鍵原因。而有功、無功功率是風電對功率的控制主要方面。從傳統(tǒng)的電網系統(tǒng)來看，有功功率的控制是保障整個電力系統(tǒng)和輸出功率穩(wěn)定的主要因素，對無功功率的控制主要體現(xiàn)在對電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定方面。但由于風電機組的特殊機構，風力的無規(guī)則變化等，風電的電功率有著較差的可控性。目前還有很多亟待解決的問題，如風速的極端變化引起的有功的巨大波動等，從而導致整個電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定性增強，引起功率振蕩，另外還有風電系統(tǒng)的低電壓穿越等相關問題。

所以，對風電系統(tǒng)功率的控制性問題顯得越來越重要，急需引進、創(chuàng)新新的技術來提高對風電的動態(tài)響應控制，使其對傳統(tǒng)的電網有著更好的兼容性。

2　儲能技術概況

目前的主要儲能技術有化學儲能、物理儲能、電磁儲能及相變儲能等?；瘜W儲能包括各種電池的技術等；物理儲能主要有抽水、壓縮空氣等儲能方式；電磁儲能有吵到磁儲能和超級電容儲能等。而箱變儲能則與上述儲能方式有著本質的不同，其在功率、能量等涉及較多的復雜因素，對此本論文不予討論。但隨著智能電網的快速推進，相變儲能將在DSM（需求側管理）方面發(fā)揮越來越重要的作用。

3　儲能技術在風電中的應用研究現(xiàn)狀

3.1提高風電系統(tǒng)的低電壓穿越能力

低電壓穿越（LVRT）能力是影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定的主要因素之一，也是風力發(fā)電技術中急需解決的困難。對LVRT能力的提高對風電系統(tǒng)而言可以從兩個方面展開，一是單機電組，另一個是風電場。對風電機組來說，一方面是控制策略的改進。無需添加額外的硬件設施，具有較好的經濟效益。但這種方法無法從根本上解決電力系統(tǒng)過程中能力過剩的問題，因為電網系統(tǒng)故障時，風電機組產生的暫態(tài)電壓和電流都過剩，使整個電力系統(tǒng)的瞬時能量達不到平衡。所以這種策略很難產生理想效果，并且只在故障過程中電壓變化不明顯的時候才有效果；另一方面就是增加額外的硬件設備。對風電場來說，使用哭訴儲能系統(tǒng)，把它作為一個特殊的FACTS設備，這是在單機層面和風電場方面都有著較好的效果。

對于單機層面來說，一般情況下，將ESS和風電機組ECS的直流母線并聯(lián)，如果電網出現(xiàn)故障，則儲能系統(tǒng)將迅速響應，把瞬時的過剩能量儲存，從而提高風電機組對故障的應對。相關文獻也對DFIG風電機組進行了研究，將機組中間直流母線并入超級電容的方法，進而改善機組的LVRT能量，同時也分析了其在滿足電網規(guī)定的狀態(tài)下的儲能能力，文獻中也提出了利用飛輪儲能的相關控制策略，將飛輪儲能和風電機組的功率進行相互調節(jié)控制，在電網系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，利用飛輪儲能在有功調節(jié)方面的迅速響應，來保障風電機組在母線上的電壓穩(wěn)定，另一方面在風電機組的網側變換器上，向電網系統(tǒng)發(fā)出一定的無功，使電壓穩(wěn)定，進而提高風電機組的LVRT能力。

對與風電場層面來說，一般情況下在風電場出口的母線上連接ESS，這樣儲能系統(tǒng)就能及時吸收在電網故障過程中無法輸送的有功，使瞬時故障電流穩(wěn)定，同時穩(wěn)定的向電網輸送一定的無功從而是電網電壓穩(wěn)定，減少連鎖故障的可能性，進一步提高風電場的LVRT能力。再者就是用電電容儲能來提高風電機組電場的LVRT能力，在電壓不同的跌程度、持續(xù)時間等對稱故障，以及有關永久性故障等情況下，對電網系統(tǒng)的運行進行了全面的仿真和分析，先關數(shù)據(jù)顯示，電容儲能在電力系統(tǒng)故障過程中，可以有效的提高風電場的LVRT能力。

由以上兩點來看，合理的在風電系統(tǒng)中配備ESS可以顯著的提高風電系統(tǒng)的LVRT能力。另一方由于電網故障往往具有瞬時性，這就對儲能系統(tǒng)在有功、無功方面的快速響應有著較高的要求，這樣也能夠使風電系統(tǒng)自身能夠在電網系統(tǒng)故障中穩(wěn)定的掛網運行。

3.2平抑功率波動

風電系統(tǒng)造成電網穩(wěn)定性差、電能質量低的根本原因就在于出力波動及不易控制。通過有效的引入ESS，并提供控制策略，這樣在風力發(fā)電并網運行時就可以減小隨機變化的風速對風電出力的影響，從而減弱風電出力波動。近幾年以來，在利用ESS來抑制風電功率波動方面有了較多的研究，從效果來說產生了很多有價值的信息。研究的方面可以分為單機層面的應用，風電場方面的應用。從單機角度來說，相關研究提出了在DFIG的母線上并聯(lián)超級電容，通過相關控制策略，用來減弱風電機組的功率波動。相關文獻不僅對其進行了驗證，還對儲能容量進行了研究，指出儲能對與波動的有效改善主要還取決于風電機組的出力情況。對于風電場里的單機組來說，由于受諸多因素的影響如尾流效應等，及時準確的預測出出力情況很難，在實際情況中也難以實現(xiàn)。相關文獻提出了通過模糊控制，利用飛輪儲能裝置并聯(lián)母線上永磁風電同步機組，來實現(xiàn)抑制風電機組的功率輸出波動。相關文獻中在進行理論分析的同時也進行了實踐驗證，驗證了控制策略的可實施性，同時也研究了飛輪儲能的工作效率。

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(P-01)

Research and analysis of wind power grid energy storage technology

中圖分類號：TM614

文章編號：1009-797X(2016)12-0013-02

文獻標識碼：A

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.005

作者簡介：江卓璿（1982－），男，本科學歷，畢業(yè)于天津理工大學，測控技術與儀器方向。

收稿日期：2016-05-16