風(fēng)電并網(wǎng)中的儲能技術(shù)研究

姚兆林

摘要：風(fēng)電并網(wǎng)就是利用電網(wǎng)運行的大型風(fēng)力發(fā)電機，并將這些風(fēng)力發(fā)電機集中安裝，形成一定的規(guī)模。本文首先介紹了風(fēng)電并網(wǎng)中儲能技術(shù)的特點，進(jìn)而提出儲能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用策略，更好地改善風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電中的儲能技術(shù)，促進(jìn)風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的更新，進(jìn)一步的推動我國新能源事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電并網(wǎng);儲能技術(shù);應(yīng)用策略

引言：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及綜合實力的不斷增強，電力體制也在不斷改革和發(fā)展，清潔、環(huán)保的新能源風(fēng)力發(fā)電成為了現(xiàn)在電力行業(yè)的主流發(fā)電方式。風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)具有安全、高效的特點，因此完善風(fēng)電并網(wǎng)中的儲能技術(shù)，是提升風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電效率的重要途徑，同時還能更好地促進(jìn)我國能源事業(yè)的進(jìn)步。

1風(fēng)電并網(wǎng)中儲能技術(shù)的特點

風(fēng)力資源是風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)中的主要能源，由于風(fēng)具有很強的波動性和間歇性的特點，因此，風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的電力輸出也具有隨機性和間歇性的特征。一方面，由于風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)一直處在電網(wǎng)末端并且以規(guī)模化進(jìn)行發(fā)展，規(guī)模較大的風(fēng)電并網(wǎng)，會造成發(fā)電時間段較為固定和集中，因此受到風(fēng)力資源的制約影響較大，例如：風(fēng)場相近、風(fēng)力特點差不多的情況下，發(fā)電的出力程度也大致相同，所以，若供電的時候風(fēng)力較大，供電量就會比較強;若供電的時候風(fēng)力較小，則供電量就會比較弱。

另一個方面，在我國目前的風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電模式中，所包含的風(fēng)電機組在設(shè)計時，是根據(jù)風(fēng)力并網(wǎng)的強電模式來進(jìn)行設(shè)計的，但是在實際的工作過程中，由于風(fēng)電并網(wǎng)采用的是遠(yuǎn)距離操作方式，這樣一來，就會造成電力網(wǎng)和電機組的連接情況不良、接觸相對較弱。這種情況下，以往的電網(wǎng)故障應(yīng)急方式和穩(wěn)定性操控系統(tǒng)是無法進(jìn)行及時、有效應(yīng)對的，進(jìn)而使電力系統(tǒng)在運行時具有一定的不穩(wěn)定風(fēng)險。基于此，為了保證風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電方式的穩(wěn)定性和安全性，電力企業(yè)對于風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)做出了標(biāo)準(zhǔn)化的要求和規(guī)定，特別是對于無功調(diào)節(jié)能力、故障穿越、最大出力等關(guān)鍵內(nèi)容，進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督和管控。

2風(fēng)電并網(wǎng)中儲能技術(shù)的應(yīng)用策略

2.1提高低電壓穿越能力

低電壓穿越問題是風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)中，最為重要的問題之一，它主要是影響了風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電的穩(wěn)定性。低電壓穿越問題是指在風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)點電壓下降的時候，風(fēng)電機組接入公共連接點后風(fēng)機依然能夠保持并網(wǎng)，并且還可以向電網(wǎng)提供一定的無功功率，維持電網(wǎng)恢復(fù)工作，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)[1]。基于此，相關(guān)工作人員可以通過改進(jìn)調(diào)控策略和硬件配置這兩種途徑來解決這個問題，主要是從風(fēng)電場和單臺風(fēng)機設(shè)備這兩個角度作為切入點來開展工作。

一方面，改進(jìn)調(diào)控策略時，是不需要對其他硬件設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和使用的，在開展工作時也相對比較簡便。但是，在進(jìn)行改進(jìn)調(diào)控策略時，也伴隨著一定的局限性，例如：在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，正在運行的風(fēng)電機組就會出現(xiàn)暫態(tài)過電壓和過電流的情況發(fā)生，這是由于瞬間過電能量不平衡而導(dǎo)致的。因此，在這種情況下改進(jìn)調(diào)控策略是無法從根本上解決問題的，并且在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，還會伴隨著暫態(tài)電能過多的問題，從而導(dǎo)致在一定的程度上是無法達(dá)到預(yù)期的效果的，改進(jìn)調(diào)控策略這種方式主要是在故障電壓不是很明顯的情況下進(jìn)行的。另一方面，就是實施硬件配置的方法，在使用這種方法時，可供選擇的途徑有很多，最終效果也比較理想，既可以當(dāng)風(fēng)電機組在PCC電壓發(fā)生下滑時，依然可以保持風(fēng)力并網(wǎng)狀態(tài)，同時還可以向供電網(wǎng)提供無功功率，用來支撐電網(wǎng)電壓;又可以防止電壓下降而導(dǎo)致的風(fēng)電機組產(chǎn)生過電流、過電壓等問題的發(fā)生，突發(fā)的過電流、過電壓會給風(fēng)電機組帶來一定沖擊，進(jìn)而對風(fēng)電機組造成破壞。在利用增加硬件設(shè)備配置的方法來解決問題時，可以采用快速儲能系統(tǒng)，以便于更能夠獲得較為理想的效果。

2.2平仰功率波動

在風(fēng)電并網(wǎng)的發(fā)電過程中，對于出力的波動性的控制工作，一直都無法有效的進(jìn)行開展，如果這個問題無法得到有效的解決，就會在一定程度上影響風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電在經(jīng)濟(jì)性、電能質(zhì)量和電網(wǎng)系統(tǒng)中的穩(wěn)定性。在對大型的風(fēng)力發(fā)電場中機組進(jìn)行出力測試時，要充分考慮尾流效應(yīng)、塔影效應(yīng)等多種制約因素的影響。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在使用儲能系統(tǒng)對風(fēng)電并網(wǎng)中出力波動性方面的調(diào)控，已經(jīng)較為成熟了，而且可以以更加先進(jìn)的方式來進(jìn)行工作。

基于此，在解決問題時采用儲能系統(tǒng)，并配合相應(yīng)的調(diào)控策略，可以在一定程度上解決風(fēng)電并網(wǎng)由于風(fēng)力影響造成的出力問題，同時還能夠控制風(fēng)電輸出功率過強的波動性。平仰功率波動，主要是通過對儲能裝置的電容器進(jìn)行串并聯(lián)，使用模糊理論進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制，來實現(xiàn)對在發(fā)電功率波動中的有效抑制，進(jìn)而通過電池儲能系統(tǒng)，提升風(fēng)電場并網(wǎng)機組系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及改善電能質(zhì)量。通過對部分風(fēng)電并網(wǎng)進(jìn)行的實驗，可以充分證明了在風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，配置儲能容量的這種方法，十分具有有效性[2]。通過構(gòu)建儲能系統(tǒng)，能夠平滑風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電方式的功率曲線，實時監(jiān)測和改善風(fēng)電場負(fù)荷曲線的變化，對風(fēng)電場的系統(tǒng)起到了平抑功率波動的作用。

2.3控制系統(tǒng)頻率

供電網(wǎng)的頻率與供電系統(tǒng)和用戶的用電需求有著很大關(guān)聯(lián)，所以，當(dāng)發(fā)電和用電負(fù)荷相平衡時，頻率一般保持在50赫茲左右;當(dāng)發(fā)電容量超過負(fù)荷容量時，頻率也會隨之上升;當(dāng)發(fā)電容量小于負(fù)荷容量時，頻率則會下降。因此，為了保證供電網(wǎng)功率的穩(wěn)定性，使電網(wǎng)在工作行過程中有效的保證電網(wǎng)質(zhì)量，采用的主要手段是配備與風(fēng)電發(fā)電容量相同的常規(guī)電廠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)備用。由于供電網(wǎng)會受到控制信號滯緩、發(fā)電速度受限、調(diào)頻器死區(qū)等方面問題的影響。同時，風(fēng)力機組發(fā)電時功率會很快的變化，所以就會產(chǎn)生多臺調(diào)頻機組的運行效果相互抵消的現(xiàn)象，并且產(chǎn)生浪費電能、電網(wǎng)不安全的問題。因此，利用二次調(diào)頻而配置的儲能系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確、高效地控制功率輸出，既能滿足電網(wǎng)調(diào)頻的標(biāo)準(zhǔn)要求，又能提高電網(wǎng)對可再生能源的接受能力，同時還可以實現(xiàn)正和反的雙向調(diào)節(jié)功率的手段，合理的控制作用可以改善發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)頻特性，進(jìn)而實現(xiàn)調(diào)頻的雙倍效應(yīng)。

2.4提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性

風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就是指風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)在運行過程中，受到一些因素的干擾和影響后，供電網(wǎng)可以通過自我調(diào)節(jié)，恢復(fù)到以前的運行狀態(tài)，或者是轉(zhuǎn)化為一種新的穩(wěn)定狀態(tài)，并且根據(jù)性質(zhì)的不同，可以分成暫態(tài)穩(wěn)定性和靜態(tài)穩(wěn)定性。風(fēng)電機組構(gòu)成的電力系統(tǒng)，不單是存在著負(fù)荷變化所引起的干擾，并且還有出力的不穩(wěn)定變化而對系統(tǒng)造成的影響，最為嚴(yán)重的就是靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的問題。導(dǎo)致暫態(tài)穩(wěn)定問題的原因，通常是在系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障的情況下，風(fēng)電機組在解決故障后，恢復(fù)額定電壓并逐漸正常運行，但在發(fā)生故障后，由于風(fēng)電機組無法及時的重新構(gòu)建機端電壓，從而導(dǎo)致運行過快而失去穩(wěn)定性，這會對區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)產(chǎn)生一定的破壞性作用。因此，解決暫態(tài)穩(wěn)定性的問題，要以模糊理論為基礎(chǔ)，進(jìn)行儲能系統(tǒng)的控制策略，并在實施中對制動電阻、距角控制等要素進(jìn)行對比，在風(fēng)電并網(wǎng)的儲能系統(tǒng)中，改善效果是十分的明顯，有效地提高了系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定性[2]。

結(jié)論：綜上所述，風(fēng)力資源作為我國的新能源，應(yīng)該加強對其在發(fā)電工作中開發(fā)。而儲能技術(shù)作為風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電模式的基礎(chǔ)保障，在工作過程中還存在著一些不足。因此，電力行業(yè)相關(guān)工作者應(yīng)不斷探索和創(chuàng)新出儲能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用策略，進(jìn)一步加強我國電力事業(yè)和新能源事業(yè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]??? 范淼.風(fēng)電和儲能聯(lián)合運行的多維效應(yīng)分析模型研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2019.

[3]??? 褚鑫.混合儲能系統(tǒng)參與風(fēng)電并網(wǎng)一次調(diào)頻的研究[D].上海電機學(xué)院，2019.