風電并網中的儲能技術研究

李偉強 紀曉寧

摘要：儲能技術的研究是進行風電并網后建設集約型能源形態的基礎性環節之一。基于此，本文就風電并網中的儲能技術進行分析，從現階段存在的問題入手，在改善LVRT、電力系統功率波動優化、系統頻率以及電能質量的改善方面展開儲能技術應用的探究，并在數字建模、系統控制、經濟性、技術突破等方面給出完善儲能技術在風電并網后的優化建議，以此為儲能技術的有效應用提供參考。

關鍵詞：風電并網;儲能技術;研究

引言：電力系統的優化建設是面對資源以及污染雙重阻礙下，為尋求能源結構的改善、提升能源可再生能力、滿足可持續發展戰略需求的必然舉措。風力發電技術是一種以風為動力執行的清潔性能源構建，但在實際使用的過程中，風力發電極易因環境因素的影響而出現失穩的情況，因此，面對風電并網后能源形態的波動，儲能技術的研究成為提升能源間互補性的必要手段，可以有效拉伸電網的安全性與穩定性。

1.儲能技術在風電并網中存在的問題

風電技術的應用為能源的可再生提供了新的發展途徑，是清潔能源開發的重點，正逐步成為我國能源建設的新的組成部分。但由于風力發電在我國存在的時間較晚，其實踐性有待于進一步的加強。風資源具有隨機波動性和間歇性的特性，使得風力發電的輸出功率具有隨機波動性和間歇性的特點。造成這種原因往往是多方面的，一方面是風電系統往往在電網末端且規模化發展，大規模的風電并網，造成發電時間比較集中，受風資源的影響較大，這些主要包括風場相近，風力特點相似，在發電的出力時也有著相似度，這樣在供電的時候風力大的情況時供電量就強，在風力弱的情況中供電就弱[1]。另一個方面，在我國風力發電的并網模式中，現有的風電機組在設計時理念就是根據并網是強電模式進行設計，但是在實際的操作過程中，由于并網采用的是遠距離模式，在這種方式下，就會造成電力網和電機組在連接時相對較弱，這種情況下，傳統的電網故障保護措施和穩定性控制系統就不能及時、有效的應對，使電力系統在運行時造成不穩定性。為了保證電網的安全性和穩定性，電網公司對風力發電機組并網做出了嚴格的規定，主要包括了無功調節能力、故障穿越、最大出力等內容進行詳細的規定。

2.風電并網中的儲能技術的應用

2.1強化風電系統的低電壓穿越能力

一般在風電并網中存在著物理、化學、電磁、相變四類技術，其相應時間、功率規模、儲能容變各不相同，需要在使用過程中，進行有針對性的選擇，以此保證在技術使用過程中，其經濟效益的最大化提升。隨著電力發電技術的發展，其儲能技術的應用帶動了現階段電網建設效能的進一步拉升。低壓穿透問題是風電并網過程中的突出問題，其主要是指在接入公共連接點后，風力發電機相應的并網點出現電力減弱的情況，這是LVRT可以起到保持風電機的并網狀態，并提供無功功率運行，甚至恢復電網的作用。儲能技術的有效應用可以對于LVRT進行一定的強化。

2.2平仰功率波動

在進行風電轉化的過程中，由于風力發電的不穩定性，相應的電力系統功率也會因此產生較大的波動，并且這種波動運用常規的方式很難對其進行有效的控制。在引入儲能技術后，其可以對于電網的波動以削弱峰值填補低值的作用，對于電網系統進行一定的波動平衡，進而有效的改善電網波動狀態。例如：單機層面，可以使得超級電容器與機組中的直流母線進行并聯，利用超級電容器對于電容的快速縮放來對于電流進行急速的調整，以此形成對于電力系統波動進行控制的目的。在實際的應用過程中，由于尾流效應以及塔影效應等因素的影響，需要對于風電機組的運作情況進行有針對性的預測，以此提升實踐中對于操作的補充性[2]。

2.3參與系統頻率控制

電網的頻率是決定用電安全以及電力設備運行可靠性的重要基礎，因此，不可以使其進行大幅度的波動，通常電網上下浮動的頻率要保證其在0.2赫茲的范圍內進行起伏，但風力發電引入電網后，喲路與風電機組自身缺乏對于一次性的調節能力，因此不能很好的對于系統的波動頻率進行控制，這一情況與電網的實際需求有一定的差距。儲能技術的應用，可以對這一情況進行有效的遏制。例如：儲能系統的設置可以通過二次調頻的方式進行發電負荷的調整，進而對于風電機組的輸出進行有效的限制，通過雙向調節的方式，提升輸出功率的準確性，以此實現對于系統頻率的改善。

2.4提升風電系統的穩定性

由于極端天氣等因素的影響，技藝引發機組瞬間不平衡功率的出現，進而引發系統內部的電壓以及頻率等產生波動，導致對于風電并網系統穩定性的影響。儲能技術的應用可以實現有功、無功功率的切換，進而對于并網系統的功率與電壓的情況進行有效的調節，進而利用短時的動態補償實現對于電壓波動的調整，進而優化電網的穩定性，進而對于電能的質量可以做到有效的提升。

3.優化風電并網中儲能技術的途徑

3.1儲構建能系統及其數學建模

電力系統中現有的儲能方式具有形態與方式各異的特點，其表現出來的特性也具有不同的特色，因此，為保證對于系統的有效優化，需要解決應用過程中對于ESS的適應性問題。依據風電并網的規模在實際的操作過程中，以單一的方式進行問題的解決相對來說缺乏現實意義，在經濟、容量、響應等方面需要進一步的優化。因此，需要建立相應的數學模型，來提升ESS模式在不同場景與控制體系中的不同特點，進而為問題的有效解決建立基礎，通過在數學模型中建立對應性的單元，提升此問題的解決能力。

3.2儲能系統的控制策略

為保證對于ESS模式的使用效率，需要通過合理的利用對于儲能技術的控制措施，提升其經濟性以及強化儲能容量中直接關系作用的表現。ESS模式的使用在長期的實踐過程中，已經由原有的單一模式，發展為多元化、特性各異的綜合性系統，并且可以對于指令進行分時段的實行以及統一執行，功用的提升加深了控制方面的復雜化。此外，多元復合儲能系統以及風電儲能聯合協調系統的多元協調控制，使得控制策略的制定與實施在整個電力系統運作過程中具有重要的地位，因此，強化對于儲能系統的控制是未來發展的重要方向[3]。

3.3儲能系統的經濟性思考

在儲能系統的應用過程中，由于其在循環壽命，平衡約束、系統規模等方面的限制，加之其技術性以及安全性等因素的綜合影響，導致儲能系統的現階段應用中其成本較高。在未來的發展中，將儲能系統作為一個獨立的電源應用于電力系統中是其發展趨勢，因為為保證儲能系統的規模化應用，進一步提升風電資產的利用率，應在配置儲能系統的同時，對于投資回報的認可度等方面作進一步的經濟性研究，進而提升儲能系統應用過程中的經濟性。

3.4突破技術的應用障礙

現階段儲能系統的應用范圍與效果有限，一些技術還存于理論層面，為保證儲能技術的進一步突破，需要通過現有技術的創新與改進，提升儲能技術在電壓波動、功率變化、頻率制約等方面的實際應用效能，進而保證進一步拉伸儲能技術的應用價值。例如：在LVRT問題的處理過程中，簡單的控制不能解決實際問題的根本，暫態電能過剩的問題依然存在，二次調頻的措施會由于信號延遲以及發電速度等因素的存在降低其調節的效能，因此需要對于現有技術做進一步的優化，并提升其與關聯技術的聯動性來加深技術的可操作性。

結論：綜上所述，為保證電網建設效能的進一步提升，需要對于現階段風電并網后存在的突出問題，利用儲能技術的有效提升，對其做進一步的完善。因此，需要相關的從業人員拓展思維、開拓視野，以創新的方式進行電網建設，以此發揮風電并網后，電力系統的應有效能。

參考文獻：

[1] 陳紅.風電并網中的儲能技術探討[J].電工技術，2019（18）：133-134.

[2] 王思淵.面向大規模可再生能源并網的儲能規劃研究[D].浙江大學，2019

[3] 蘇坤林.儲能技術在大規模新能源并網中的運用研究[D].華北電力大學（北京），2019.