摘要：近年來新能源發(fā)電在泗洪地區(qū)得到了快速發(fā)展，同時(shí)也給泗洪電網(wǎng)帶來了不穩(wěn)定因素。為了充分發(fā)揮大規(guī)模儲能系統(tǒng)具有的能量存儲緩沖的特點(diǎn)，將儲能系統(tǒng)分別配置在各個(gè)新能源的發(fā)電系統(tǒng)側(cè)，實(shí)現(xiàn)平抑功率波動(dòng)和降低諧波的作用。

關(guān)鍵詞：泗洪電網(wǎng)；新能源發(fā)電；儲能系統(tǒng)；平抑功率

【引言】：國家大力發(fā)展分布式電源，電動(dòng)汽車（Electric Vehicle， EV）、直流電機(jī)、通信電源、光伏發(fā)電、燃料電池等各種技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，各種直流微源和直流負(fù)荷的大量涌現(xiàn)，環(huán)境友好、綠色清潔能源發(fā)電的技術(shù)日益成熟，政府對環(huán)境保護(hù)的愈加重視，整個(gè)宿遷地區(qū)新能源源發(fā)電已經(jīng)接近用電負(fù)荷的40%。泗洪位于宿遷市南部，具有土地利用率不高，荒灘沼澤地面積廣特點(diǎn)，臨近洪澤湖天崗湖地段，具有風(fēng)力資源豐富，日照充足等特點(diǎn)，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)。光伏發(fā)電可以巧妙的結(jié)合當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖業(yè)，在魚塘、螃蟹塘里建光伏電站，實(shí)現(xiàn)“漁光互補(bǔ)”，水上的太陽能電池板發(fā)電，不影響水下養(yǎng)魚、養(yǎng)蟹，充分響應(yīng)了江蘇省的光伏扶貧政策，增加老百姓收入。同時(shí)泗洪靠近洪澤湖、天崗湖的鄉(xiāng)鎮(zhèn)處于電網(wǎng)的負(fù)荷的邊緣，電能從城區(qū)用高架線路輸送，其基建成本高，損耗大，新能源發(fā)電接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，可以大大降低電能損耗。為響應(yīng)國家可再生能源發(fā)展規(guī)劃，優(yōu)化泗洪電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，加快泗洪縣新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，堅(jiān)決貫徹可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針，泗洪近年來大力發(fā)展新能源發(fā)電。但是光照，風(fēng)速等天氣狀況具有很強(qiáng)的波動(dòng)性，造成新能源發(fā)電具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，不為人所控制，進(jìn)而造成新能源電站發(fā)電功率波動(dòng)性明顯，增加注入電網(wǎng)的諧波，影響當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)穩(wěn)定，降低提供給用戶的電能質(zhì)量。

為了應(yīng)對新能源發(fā)電的波動(dòng)性對泗洪電網(wǎng)沖擊，將大規(guī)模儲能系統(tǒng)應(yīng)用于新能源發(fā)電側(cè)。目前儲能系統(tǒng)受到重視的有空氣壓縮儲能系統(tǒng)，和大型蓄電池系統(tǒng)?？諝鈮嚎s儲能系統(tǒng)將新能源發(fā)出的電能帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，壓縮空氣，在需要釋放能量時(shí)，緩慢放出空氣，推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，起到能量存儲的作用。鑒于泗洪地區(qū)變電站已經(jīng)全部采用了蓄電池儲能系統(tǒng)，且蓄電池儲能系統(tǒng)具有維護(hù)成本低優(yōu)勢，所以本文將只分析蓄電池儲能系統(tǒng)在新能源發(fā)電中的應(yīng)用。

1、新能源項(xiàng)目介紹

泗洪新能源電站達(dá)到十幾個(gè)，已經(jīng)投產(chǎn)的新能源發(fā)電有“龍集協(xié)和風(fēng)電”，“梅花永樂光伏電站”，“泗洪佳訊光伏一期（9MW）”，“泗洪佳訊光伏二期（16MW）”，“魏營三有光伏電站”，“阿特斯光伏（10MW）”，“泗洪天崗湖光伏（109.9MW）”，正在建設(shè)的有“南京高傳機(jī)電天崗湖風(fēng)電（49.5MW）”，這些新能源電站通過整流逆變接入35kV或者110kV電壓等級電網(wǎng)。

1.1 孫園三有光伏電站接入工程

孫園三有光伏電站逆變器輸出電壓為10KV，通過升壓變壓器將電壓提高到35kV接入電網(wǎng)，三有孫園15MW光伏電站以35kV電壓等級接入系統(tǒng)，該項(xiàng)目總發(fā)電容量為15MW，由12個(gè)光伏發(fā)電子單元組成，每個(gè)子單元發(fā)電容量1.25MW，由2 臺630KW 光伏并網(wǎng)逆變器、1臺1250kVA升壓變壓器以及相應(yīng)的監(jiān)控單元等相關(guān)設(shè)備組成，單個(gè)1.25MW光伏升壓單元一次接線示意圖如圖1所示。12 個(gè)1.25MWp 太陽能產(chǎn)生的直流電經(jīng)光伏并網(wǎng)逆變器逆變成交流電后就地升壓成35kV，通過高壓電纜送至35kV配電室35kV 母線，匯流后經(jīng)1回35kV線路 接入系統(tǒng)電網(wǎng)。如圖1所示：

1.2 梅花鎮(zhèn)40MW漁光互補(bǔ)光伏工程

本工程共裝設(shè)40MW光伏組件，考慮系統(tǒng)安裝和維護(hù)的方便，把40MW并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分為37個(gè)光伏子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)分為32 個(gè)1MW和5個(gè)1.6MW 光伏并網(wǎng)發(fā)電單元，其中32MW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中每個(gè)發(fā)電單元由1 MW 光伏方陣、19 臺50KW 光伏并網(wǎng)逆變器、1臺1000kVA箱式升壓變壓器以及相應(yīng)的監(jiān)控單元等相關(guān)設(shè)備組成，另外8 MW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中每個(gè)發(fā)電單元由1 .6MW 光伏方陣、30 臺50KW 光伏并網(wǎng)逆變器、1臺1600kVA箱式升壓變壓器以及相應(yīng)的監(jiān)控單元等相關(guān)設(shè)備組成。根據(jù)計(jì)算，本光伏站無功缺額為7442.7kvar，感性無功缺額為286.16kvar。

2、新能源發(fā)電與蓄電池儲能系統(tǒng)的控制策略

2.1 新能源與電池的三種控制策略

新能源發(fā)電通過整流環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)接入電網(wǎng)，蓄電池可以直接通過逆變環(huán)節(jié)接入電網(wǎng)，即新能源發(fā)電和蓄電池最后都是通過逆變環(huán)節(jié)接入電網(wǎng)，對逆變器控制主要有PQ（有功/無功）控制，V/f（電壓/頻率）和下垂控制。

新能源發(fā)電和儲能采用PQ控制，輸出恒定的有功功率和無功功率，便于大電網(wǎng)對新能源發(fā)電的管理，但是不能維持恒定的頻率和電壓。而采用V/f控制，新能源和蓄電池將輸出恒定的電壓和頻率，可以維持恒定的頻率和電壓，適用于微網(wǎng)孤島運(yùn)行模式。下垂控制具體包括電壓下垂控制和頻率下垂控制，電壓下垂控制中，電壓越低，輸出的無功越大；頻率下垂控制中，頻率越低，輸出的有功功率越高，可以通過調(diào)整逆變器輸出的頻率和電壓，自動(dòng)的分配功率。

2.2 復(fù)合控制策略

新能源發(fā)電在并網(wǎng)發(fā)電和孤島運(yùn)行時(shí)，分別采取不同的控制策略，即當(dāng)孤島運(yùn)行時(shí)，將儲能系統(tǒng)作為主體單元，采用V/f控制，而光伏單元采取下垂控制，以便大型儲能系統(tǒng)控制穩(wěn)定電壓和頻率，而光伏單元可以根據(jù)電壓和頻率自主分配有功和無功；當(dāng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由于主電網(wǎng)提供電壓和頻率支撐，新能源發(fā)電采用下垂控制，而儲能系統(tǒng)通過充放電來平抑新能源發(fā)電功率波動(dòng)，穩(wěn)定電網(wǎng)潮流，從而減少新能源發(fā)電對電網(wǎng)沖擊。在平抑功率波動(dòng)方面，蓄電池不采用恒定的充放電方式，而是根據(jù)新能源發(fā)電的功率波動(dòng)大小來決定蓄電池的充放電功率。設(shè)定某一時(shí)刻，系統(tǒng)平衡，蓄電池充放電功率為零，當(dāng)新能源發(fā)電功率降低時(shí)，則蓄電池DC/DC變換器處于Buck工作模式，蓄電池充電；當(dāng)新能源發(fā)電功率增加時(shí)變換器工作于Boost模式，蓄電池放電。endprint

3、蓄電池儲能系統(tǒng)的智能管理

分布式電源的儲能裝置要發(fā)揮能量緩沖的的功能，就是要在任意時(shí)刻，既可以從電網(wǎng)存儲電能，也可以對向電網(wǎng)釋放電能，就要對儲能裝置的荷電狀態(tài)剩余容量SOC（state of charge）進(jìn)行恰當(dāng)?shù)墓芾怼?/p>

通過對混合儲能裝置的能量進(jìn)行管理，使儲能裝置的荷電狀態(tài)剩余容量SOC保持一個(gè)恰當(dāng)?shù)乃?，即?dāng)一定的風(fēng)速和光照強(qiáng)度對應(yīng)儲能裝置適當(dāng)?shù)暮呻姞顟B(tài)。例如：當(dāng)風(fēng)速達(dá)到最大時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的儲能對應(yīng)的應(yīng)該是最高荷電狀態(tài)。由于下一時(shí)刻風(fēng)速是下降的，對應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率降低，需要儲能裝置提供功率，通過對荷電狀態(tài)進(jìn)行管理，這時(shí)儲能裝置恰好可以提供最多的電能來應(yīng)對風(fēng)速降低帶來的功率降低。

通過儲能裝置控制器，通過檢測并網(wǎng)點(diǎn)的功率，計(jì)算出并網(wǎng)點(diǎn)功率與設(shè)定值的差別，然后通過蓄電池控制器調(diào)節(jié)蓄電池增發(fā)功率差額。儲能系統(tǒng)猶如彈簧一樣，具有能量存儲和緩沖作用，保證光伏微源注入電網(wǎng)的功率恒定，諧波含量低輸出。

利用計(jì)算機(jī)MATLAB進(jìn)行仿真，通過模擬電網(wǎng)參數(shù)，得出在未采用儲能前，新能源發(fā)電通過電網(wǎng)公共點(diǎn)注入主網(wǎng)的諧波如表1所示，根據(jù)Q/GDW 617 -2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，其二次諧波已經(jīng)接近了規(guī)定值的上限。而采用了蓄電池儲能系統(tǒng)，其諧波次數(shù)大大降低。

結(jié)語

在新能源發(fā)電側(cè)配置大規(guī)模儲能系統(tǒng)，新能源發(fā)電和儲能系統(tǒng)采取合適的控制策略，同時(shí)對儲能系統(tǒng)SOC進(jìn)行智能管理，可以平抑光伏和風(fēng)力發(fā)電的功率波動(dòng)，降低新能源發(fā)電注入主電網(wǎng)的諧波含量，提高了提供給客戶的電能質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]于芃，周瑋，孫輝，等.用于風(fēng)電功率平抑的混合儲能系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011（17）：127-133

[2]張犁，孫凱，吳田進(jìn)，等.基于光伏發(fā)電的直流微電網(wǎng)能量變換與管理[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2013（02）：248-254

[3]王成山，武震，楊獻(xiàn)莘，等.基于微型壓縮空氣儲能的混合儲能系統(tǒng)建模與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014（23）：22-26

[4]張新松，顧菊平，袁越，等.基于電池儲能系統(tǒng)的風(fēng)功率波動(dòng)平抑策略[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014（28）：4752-4760

[5]畢大強(qiáng)，范柱峰，解東光，等.海島直流微電網(wǎng)自治控制策略[J].電網(wǎng)技術(shù)，2015，39（4）：887-892.

作者簡介：桂永光，男，碩士研究生，助理工程師，從事電力系統(tǒng)運(yùn)行控制與繼電保護(hù)技術(shù)endprint