儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用分析

戰(zhàn)春雨　李放　王欣　張華飛　胡飛飛

摘 要：風(fēng)力發(fā)電作為一種技術(shù)成熟、成本較低、可大規(guī)模開發(fā)利用的發(fā)電技術(shù)，在新能源發(fā)展中占據(jù)重要地位，近年來得到迅猛發(fā)展。隨著風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中占比不斷增加，風(fēng)力發(fā)電必將對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來新的挑戰(zhàn)。本文在對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中過程中平穩(wěn)電網(wǎng)的作用。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;儲(chǔ)能技術(shù);并網(wǎng);安全運(yùn)行

1 前言

針對(duì)我國能源發(fā)展現(xiàn)狀，目前常用于調(diào)頻機(jī)組局限于水電與火電機(jī)組，但各自調(diào)頻能力受到一定制約。其中水電機(jī)組調(diào)節(jié)速度雖快但其調(diào)頻容量易受到地域或季節(jié)性的制約;而火電機(jī)組雖能克服以上缺點(diǎn)，但火電機(jī)組響應(yīng)時(shí)間長，爬坡速率慢，不能精確的跟蹤調(diào)度指令。同時(shí)火電機(jī)組通常在冬季受儲(chǔ)熱制約，致使可參與調(diào)頻的火電機(jī)組調(diào)頻量明顯不足[1]。由于風(fēng)電出力波動(dòng)幅度大，速度變化快，通常火電機(jī)組調(diào)頻能力受到自身調(diào)節(jié)容量和調(diào)節(jié)速度的制約。為減小因大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)而引發(fā)的頻率穩(wěn)定等不良影響，并為電網(wǎng)提供更優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量，傳統(tǒng)的調(diào)頻方式顯然已無法滿足大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的調(diào)頻需求。儲(chǔ)能作為一種有效提高風(fēng)電接納規(guī)模的手段應(yīng)運(yùn)而生[2]。

2 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響

隨著風(fēng)電場容量在地區(qū)電網(wǎng)中所占的比重越來越高，風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響也越發(fā)明顯。風(fēng)電機(jī)組的輸出功率與風(fēng)速的立方成正比，由于風(fēng)速本身的隨機(jī)波動(dòng)性，將會(huì)導(dǎo)致風(fēng)功率的輸出不穩(wěn)定。這種波動(dòng)不穩(wěn)定的功率并入電網(wǎng)，將會(huì)造成電壓波動(dòng)和電壓閃變。當(dāng)前兩大主流機(jī)型直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)和雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，他們的控制都依賴于電力電子裝置，需要考慮諧波所帶來的干擾，諧波電流的引入是由于風(fēng)電機(jī)組的電力電子裝置設(shè)計(jì)的問題引起的，將會(huì)引起電壓波形的畸變。風(fēng)電通常接入到薄弱的末端電網(wǎng)，同時(shí)改變了電網(wǎng)功率單向流動(dòng)的特點(diǎn)，改變了原有潮流方向和分布。隨著風(fēng)電滲透率的不斷增大，風(fēng)場附近的局部電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率和電壓將會(huì)高于安全范圍，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電壓崩潰。一般情況下，普通風(fēng)電機(jī)組所采用的無功補(bǔ)償方式為電容補(bǔ)償，無功補(bǔ)償量與接入點(diǎn)的電壓平方成正比。當(dāng)系統(tǒng)電壓水平下降時(shí)，無功補(bǔ)償量會(huì)隨之降低，此刻風(fēng)電場會(huì)缺乏無功支持，導(dǎo)致風(fēng)電場對(duì)電網(wǎng)的無功需求會(huì)增大，并且電壓水平更加惡化，極其嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起電壓崩潰，部分風(fēng)電機(jī)組會(huì)由于自身的低電壓保護(hù)自動(dòng)停機(jī)。

3 儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用

儲(chǔ)能技術(shù)的大力發(fā)展，為解決風(fēng)電并網(wǎng)問題帶來了新的解決途徑。儲(chǔ)能系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)吸收和釋放能量的特點(diǎn)，科學(xué)合理地在風(fēng)電場中配置儲(chǔ)能能有效彌補(bǔ)風(fēng)電的間歇性和波動(dòng)性，改善風(fēng)電輸出功率的可控性，增強(qiáng)穩(wěn)定性，并改善電能質(zhì)量及優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

采用儲(chǔ)能系統(tǒng)提高電能質(zhì)量方面主要是抑制電壓暫降和降低電壓波動(dòng)。利用靜止無功補(bǔ)償器組成儲(chǔ)能系統(tǒng)來提高電能質(zhì)量，能夠進(jìn)行與系統(tǒng)功率的快速交換，有效改善電壓暫降，降低電壓波動(dòng)等，可以改善風(fēng)電接入電網(wǎng)所帶來的電能質(zhì)量。在永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)的全功率雙脈寬調(diào)制控制的電壓型變流器的直流側(cè)配置飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，在對(duì)稱短路故障消除后的電壓恢復(fù)過程中，能夠?qū)⑹Ｓ嗟碾娔艽鎯?chǔ)起來用于電網(wǎng)電壓的平穩(wěn)運(yùn)行，提高了風(fēng)電機(jī)組的電能質(zhì)量。超級(jí)電容器的串聯(lián)補(bǔ)償可以有效減小電壓的波動(dòng)性，降低電壓暫降，并聯(lián)補(bǔ)償可以有效降低風(fēng)電的不確定性。抑制電壓暫降和降低電壓波動(dòng)等電能質(zhì)量方面問題，主要是抑制短時(shí)功率波動(dòng)，需要儲(chǔ)能系統(tǒng)具備對(duì)功率的快速調(diào)節(jié)的能力。儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠快速吞吐有功功率和無功功率，從而提高系統(tǒng)有功功率和無功功率平衡水平，增強(qiáng)風(fēng)電穩(wěn)定性。采用儲(chǔ)能改善系統(tǒng)的風(fēng)電接入能力及增強(qiáng)電壓穩(wěn)定性問題，利用超導(dǎo)儲(chǔ)能增強(qiáng)頻率穩(wěn)定性方面的問題，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用有效增強(qiáng)了系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性，且儲(chǔ)能容量越大，系統(tǒng)頻率偏差越小。一般情況下，對(duì)于增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量要求較小，但必須具備快速高功率輸入輸出的能力，并結(jié)合科學(xué)合理的控制策略才能取得最優(yōu)效果。

采用儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性。由于風(fēng)電的間歇性和波動(dòng)性，大規(guī)模并網(wǎng)時(shí)必然會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不高。科學(xué)合理地配置儲(chǔ)能系統(tǒng)為優(yōu)化風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性問題帶來了理想解決方案，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場與電網(wǎng)的效益最優(yōu)。儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?qū)⒌凸葧r(shí)段的剩余電能轉(zhuǎn)化為高峰時(shí)段的緊缺電能，并取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)能有效改善風(fēng)場功率輸出的波動(dòng)性，降低風(fēng)電場對(duì)系統(tǒng)備用容量需求。

4 結(jié)束語

綜上所述，在風(fēng)電場中加入儲(chǔ)能系統(tǒng)，能夠有效改善風(fēng)電隨機(jī)性引起的系統(tǒng)備用容量需求增加的問題，還可以提高風(fēng)電設(shè)備利用率，有效降低發(fā)電成本，促進(jìn)資源的優(yōu)化配置，改善系統(tǒng)運(yùn)行的安全性經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1]劉巨，姚偉，文勁宇，等.大規(guī)模風(fēng)電參與系統(tǒng)頻率調(diào)整的技術(shù)展望[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014，38（3）：638-646.DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2014.03.015.

[2]程時(shí)杰，李剛，孫海順，等.儲(chǔ)能技術(shù)在電氣工程領(lǐng)域中的應(yīng)用與展望[J].電網(wǎng)與清潔能源，2013，（14）：1-8.