風電并網中的儲能技術研究進展

鄭東青 辛東昊 王立強

摘要：本文對風電并網儲能技術進行了研究，首先分析目前風電并網的主要問題，然后介紹儲能技術，最后分析如何使用電子開關轉換系統，改變儲能的效果，保證風電并網的穩定性。

關鍵詞：風電并網;儲能技術;研究進展;問題

引言：風電系統在輸出功率上具有明顯的不穩定性，收到風力的影響，往往會存在比較大的波動，嚴重威脅著電網的穩定。為此，需要合理使用儲能技術，配合電子開關轉換系統，來發揮儲能系統的作用，滿足對電網調控的要求。

一、風電并網存在的問題

傳統的風電并網普遍存在輸出功率不穩定的問題，導致風電并網的安全性和可靠性比較低，會面臨能量轉換接口動態響應特性等問題。

1.1 運行穩定性問題

風電系統的運行穩定性問題是保證傳統電力系統高效運行的基礎，對于風電并網的在運行過程中主要出現的若穩定性和強干擾性的問題，是給電力系統穩定性造成威脅的主要不穩定因素。穩定性的保證需要基于負載的動態特性，在運行過程中通過功率的實時平衡來完成，包括系統中的干擾問題，都以這種方式解決。無論是大擾動還是小擾動，對于系統的穩定性都是傳統技術性問題，結合相關的專業研究，在風電并網的安全性的運行機制中采用動態控制的防御機制。目前，風電并網的可靠運行主要來自于兩點，包括動態有限源控制，對風力系統和相位頻率波動進行動態控制;動態無功功率控制，使用電力系統中的電壓波動進行抑制，達到動態控制的目的。但是，風電的波動性和不確定性，以及風電所具有的的弱穩定性和弱免疫力是影響風電長途運輸的常見影響因素，并且在機電動態尺度的干擾下，很難保證穩定性。

1.2 功率可控性問題

從工程的實際運行角度分析，以實現基礎的功率可控性內容作為基礎，可以保證對功率可控性，在處理的過程中，通過變化功率，能夠保證可控性的問題得到解決。在風力渦輪機發電過程中，有效輸出會隨著風俗的波動不斷產生變化，一般情況下，發電機的旋轉動能提供的額定功率輸出時間都是用慣性時間常數來表征，如果慣性時間常數比較小，那么其宣傳功率也可能比較小，從而在故障期間，系統的頻率則會加快。

1.3 ECS動態響應問題

目前，絕大多數渦輪機都是通過電力電子接口連接，其動態響應特性和傳統的同步發電機不同，而且，風力渦輪機的控制策略都是在他們連接在強電網的前提下設計的，但是很多風力發電機和電網都是采取長距離大規模連接的方式，導致風力發電機和電網之間的連接相對比較弱。這就導致傳統的電力系統穩定控制和故障保護措施難以有效應付問題，必然導致風力影響系統的安全和穩定運行。風電可控性和ECS動態響應是風電并網的主要問題，由于風電本身有較強的不可控性，導致電力供應的穩定性不足，或者存在供應不充足的問題，一般采用有功控制和無功控制兩種方式。傳統電網系統的角度來看，有功控制是保證整個電力系統穩定性和輸出功率的主要方式，但是由于風力渦輪所存在的特殊機制，以及風力有不規則變化，導致風力的可控性非常差，還有很多需要解決的問題。

二、儲能技術概述

儲能技術方式包括化學能力儲存、物理能量儲存、電磁能力儲存和相變能量儲存四種類型，其中物理儲能包括泵送、壓縮空氣、飛輪這幾種儲能方式;電磁能量儲存包括超導電磁能儲存和超級電容能量儲存;化學能連儲存目前主要使用鉛酸蓄電池進行儲能、鋰離子蓄電池儲能、鈉硫電池儲能;相變能量存儲包括冰存儲能量、箱變建筑材料能量儲存。隨著電網的智能化發展，箱變儲能將會在需求側發揮出更大的作用，由于不同的儲能模式都有各自的響應速度、能量、經濟效益，所以可以發揮出各自的優勢。

儲能技術利用電子開關轉換系統，將電能轉化為化學能等形式的能量，從而保證整個能量在有效轉換的過程中，讓相應的動力釋放得到有效實施。由于使用電子開關轉換具有有功和無功的調節功能，能夠保證ESS在風力發電系統中的正確配置和使用，從而有效保證風電系統的可控新、穩定性，最終提升電能質量，并且降低電力系統的運行成本。

三、儲能技術在風電并網中的應用

3.1 提高風電低壓穿透力

風力發電的過程中，經常出現低壓電穿越這種問題，導致整個系統的穩定性受到了嚴重的影響。為此，需要提升風電并網系統的低電壓穿越標準，滿足風電并網的穩定性要求。通過不斷優化電力系統的控制策略，以及加大在硬件方面的投入，讓電力系統能夠在低壓電穿越這種問題的應對能力上有所提升。但同時，采用這種方法也會導致大量的資金投入，一般情況下電力系統都會通過配置電子開關轉換系統增加系統的低壓電穿越能力，而且由于電網的故障往往是短暫的，所以儲能系統需要具有較快的反應能力，可以在故障的時候有效掛起網絡。

3.2 平抑功率波

風電系統電能質量低，并網后電網穩定性差，根本原因在于輸出本身就存在一定的波動，而且具有較高的控制難度。所以，通過引入電子開關轉換系統進行控制，在風電接入到電網中時，可以減小因為風速的隨機變化導致的電網輸出功率影響，避免電網有過強的輸出波動。近年來，在電子開關轉換系統抑制風電波動的研究很多，包括單機應用和風電場應用。目前，有研究提出在雙饋異步發電機的母線上并聯超級電容器，用于通過相關控制策略來減弱風力發電機的波動。針對這種方式，在儲能和波動的有效性研究上發現，改善穩定性主要來取決于風機的輸出。對于風電場中的各種單元，由于尾流效應的影響和許多相關因素，導致難以準確地進行輸出功率的預測，所以在實踐當中實現是比較困難的。為此，可以采用模糊控制和在飛輪儲能裝置并聯母線上使用永磁風力同步單元儲能，實現對風力渦輪機功率波動的抑制。

3.3 參與系統頻率控制

由于風電輸出的頻率輸出具有隨機性、薄動心和爬升性，所以在實際的應用中很難對風電并網作出準確的預測和調控，尤其是對在電網的輸出功率變化比較大的時候，就容易出現響應不足等問題，并且會出現反應不靈敏等問題，導致電網難以有效協調調頻任務。而且在大規模風電集成的情況下，也將會對電網的功率控制難度產生更為嚴重的影響。為了保證電力系統的有功功率平衡，確保電力系統有大規模風電接入的穩定性，需要有與風電容量相同的備用電源，并且使用電子開關轉換系統調節雙向功率，可以改善風力發電系統的調頻特性，滿足雙調的要求，確保經濟性和穩定性。在使用電子開關轉換系統進行調頻中，可以借助能量轉換來分析系統頻率的穩定因素，通過不同的儲能行駛進行規范化的調整，實際應用過程中，通過做好規范和技術內容的分析，實現相關工程應用環節的有效性，同時還要做好對電池的優化，保證電池的使用壽命。

結束語：風電由于本身具有不穩定性、波動性，導致并網工作存在一定的困難。通過合理使用技術有利于提升穩定性，降低波動對電網的影響。使用電子開關轉換系統，能夠確保電力系統的實時調節，有效利用風能，推動能源結構的清潔化。

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