风电并网中储能技术应用的探讨

风电并网中储能技术应用的探讨

杨继明

大唐昆明西山新能源有限公司 云南省昆明市 653000

摘要：现代社会发展进步的同时，由于环境污染和传统能源短缺问题日益严重，绿色环保新能源的开发利用已成为全世界关注的焦点。通过对风电储能系统及控制方案的理论分析，论证了风电并网时，配合风电功率预测技术和电网调度技术，储能系统可优化电网质量，从而可以提高风能的利用率，以及提高电网的经济性。本文探讨了风电并网中储能技术应用。

关键词：风电并网；储能技术；应用

前言：为了改善风电系统动态响应特征，提高电力系统的稳定性和电能质量，在风电并网中应用储能技术是十分有效的途径之一。同时，对于多元化复合储能系统，可以有效的响应风电并网储能。在今后，多元复合储能系统对于优化结构的系统组成，协调运行和控制等是储能技术应用研究的重要课题。

1、风电并网存在的问题

第一，频率稳定性问题，即部分风电机构在实践生产过程中为了打造良好的额定功率输出空间，注重在风电场建设过程中将DFIG 应用于其中，但由于DFIG 转速与电网间存在着完全解耦控制效应，由此呈现出无法及时响应电网频率的问题。同时，由于DFIG 在运行过程中惯性值处在0 的状态下，最终促就了系统损失现象的凸显。为此，当代风电并网领域在发展过程中，应提高对频率稳定性问题的重视，并对其展开有效处理，将系统频率偏移控制在标准范围内。第二，动态响应问题，即部分风电场在建设工作开展过程中，均采用ECS 并网形式，促使常规同步发电机与动态响应间呈现出差异性问题，最终削弱了系统故障保护能力。因而电网公司在并网操控过程中，为了打造良好的系统运作空间，应注重制定风电并网规范。第三，低电压穿越问题，即在风电比例较高区域，部分风电机组缺乏LVRT，继而威胁到了并网运行环境的安全性，且就此诱发过电流等故障现象。

2、风电并网中储能技术应用

2.1提高风电低压穿透力

LVRT问题是风电发展过程中最为常见的难题，时刻影响着整个系统的稳定性。要提高系统LVRT能力，需要从两个方面入手。首先，要不断改进系统的控制策略；其次是增加硬件设备投入来实现LVRT的提高。两种方式各有利弊，后者投入更大，是当前主要方法。通常，电力系统会通过配置ESS来提高LVRT能力。由于电网的故障暂态短，因此，储能系统需要具备快速反应能力，同时能够在电网故障的情况下有效挂网运行。

2.2 降低风电的功率波动

风电输出功率波动和风电的难以控制，是风电入网稳定性差、风力发电电能质量不高以及电能调度的经济效益不高的重要原因。而在风电系统中适当配置ESS，并制定出科学合理的控制制度措施，可以有效平抑风电的功率波动问题，减少风速随机变更对电力输出产生的消极影响。抑制风电功率异常波动均采用若干单位组合的储能单元来构成ESS，通过优化储能单元的控制措施，实现最小化的储能容量与最大化的使用寿命周期，都是风电并网中储能技术应用研究过程中值得关注的问题。

2.3 控制风电系统的频率

由于风电能输出过程中具有较大的随机性以及电量爬坡特性，常规的电力系统控制措施难以对其做出精准预测和有效控制，而且风电电网的频率变化相应更加难以捉摸，这就无限加大了电网调频的难度。而ESS拥有快速功率反应能力，而且能在正反双向调节功率。

2.4 提高电力系统融入风电之后的整体稳定性

传统电力系统在受到一定扰动后能较快恢复原状，而一旦电网含有风电，由于风电机组与同步发电机不同，其瞬间功率的平衡性较差，造成稳定性较为特殊。而ESS 具有的快速功率反应能力，为提高电力系统融入风电之后的整体稳定性提供了科学途径。利用SMES来优化含风电的电力系统稳定性，设计出SEMS控制器，运用桨距角控制和制动电阻等方式对比研究可以发现，ESS的控制效果较为出色。

2.5 优化风电的调度配置

利用ESS增强风电输出的可调度性，重点对其控制措施、配置容量以及运行经济效益等方面的研究可以看出，采用蓄电池控制法，可使风电基地能够在短期内具有良好的功率可调控性能。不过该方法充放电频繁，不利于蓄电池的使用寿命保护。而风电与柴油机联合的系统也面临着储能容量的问题亟待解决。但ESS的应用则是供电成本最低的，而且能有效提高电网的可靠性。

3、储能技术在风电并网中的应用研究进展

3.1 储能技术在LVRT问题中的应用

为了提高风电系统的LVRT能力，目前通常从单机和风电场两个方面入手进行，有改进控制策略和增加硬件设备两种方案。改进控制策略不需要增加额外硬件设备，不过改进控制策略无法从根本上来解决瞬时能量不平衡带来的风电机组暂态过电压和过电流问题，只在故障电压变化不明显的情况下有较好的效果，当故障电压变化明显时无法达到预期目的。增加硬件设备需要增加额外的成本，但效果明显，能有效提高整个风电场的LVRT能力，是目前最常用的一种方法。在单机层面，通常将ESS并联在风电机组ECS直流母线上，当电网故障时利用ESS的快速有功响应能力来存储瞬时过剩能量，从而通过单机层面来保障机组的暂态稳定，超级电容器储能、飞轮储能等技术在单机层面提高LVRT 能力都有所应用。在风电场层面，通常在风电场出口母线上接入ESS，利用储能系统来吸收系统无法送出的有功，以抑制电网故障时的瞬时故障过电流，并向电网连续、稳定的输出无功帮助电网恢复正常，用以降低电网电压崩溃的可能性，电容储能、蓄电池储能技术在风电场层面都有所应用。

3.2 储能技术在改善系统功率波动中的应用

风电系统的波动性会给电网稳定性带来不良影响，同时风电系统的不易控制性还会增加电网调度难度。在风电并网中，引入储能技术利用相应的控制策略，能有效的降低风电出力波动的影响，抑制风电系统输出功率波动。如在机组直流母线上并联超级电容器，利用模糊理论来协调控制，从而平抑风电机组功率波动，这种方法需要准确的对风电机组出力进行预测，但对于大型风电场中的单机来说，受到尾流效应、塔影效应等多方面的影响，要对风电机组的出力进行预测有一定困难。在风电场层面，目前常用两级ESS来协调控制，即短期储能和中期储能协调的方法，可能很好的适用于在线控制，能有效解决容量、响应速度等方面的问题。此外，也有采用能量型储能和功率型储能混合的方法，这种方法也具有较好的平抑功率波动能力。

3.3储能系统在提高电网电能质量方面的应用

电力系统需要有较高的稳定性，当受到大的或小的扰动时，要能迅速恢复到稳定状态，包括大干扰稳定和小干扰稳定。风电并网中，风电机组与同步发电机不同，造成其稳定性的根本原因主要是由于系统瞬间功率的不平衡。利用储能系统的快速响应能力，能有效提高风电系统的稳定性。在大干扰稳定控制方面，主要针对同步发电机功角和风电机组转速变化进行，利用储能系统来根据桨距角、制动电阻进行控制。对于小干扰稳定，则主要采用特征分析法，考虑风电接入对电网系统的小干扰稳定影响较小，这方面的应用目前还相对较少。整体上，虽然储能系统能很好的提高风电系统的稳定性，但受风电系统非线性运行的影响，在储能系统的参数配置上还存在很大困难，整体应用水平还较低。

结语：总之，风电是典型的随机性、间歇性电能，其并网后将在一定程度上造成电网电压、频率不稳定等负面影响，致使电能质量下降，影响电网健康工作。如果这些问题处理不当，不仅危害电网负载，甚至会导致整个电网崩溃，给生产生活带来巨大损失，同时也严重影响风电的发展。

参考文献：

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