風光儲聯合發電運行技術分析

黃岡大別山發電有限責任公司 張 雷

現如今，全球范圍內的能源消耗都呈現出劇集增長的趨勢，特別是化石燃料的持續消耗，給生態環境也帶來了較大的影響，導致我國的生態環境也日益惡化，影響了人類社會的持續發展，給人類社會的持續發展也帶來了較大的影響。隨著可再生資源的不斷發展，可再生資源也逐漸在發電領域得到了廣泛的應用，特別是風光儲聯合發電運行技術更是得到了迅速的發展，但不否認的是，風光儲聯合發電運行技術在發展中仍有局限性存在，對此仍舊需要加強風光儲聯合發電運行技術的研究和完善。

1 風光儲聯合發電模型分析

風光儲聯合發電是一種現代化的發電技術，在運用該技術的過程中，能夠充分地發揮出風力發電以及光伏發電的各自優勢，不僅可以提高聯合發電系統有功功率總輸出的穩定性，而且還能保證電能的質量，并減少對電網的不良影響。

無論是風能還是光能，二者都具有明顯的間歇性以及隨機性特點，對此若單純使用風能或者光能進行發電，就無法保證電能的穩定性。但從另一種角度來看，風力發電以及光伏發電還具有天然的互補性特征，比如說夏季光伏發電量較大，而風力發電量則相對較小，反之到了冬季，光伏發電量就會少于光伏發電量，在風能發電以及光能發電互補的基礎上，同時運用儲能系統，并建立完善的風光儲聯合發電系統，就可以在一定程度上改善風能發電以及光伏發電在單獨發電上的問題，可以有效的緩解隨機性對電網的影響。風光儲聯合發電系統，可以對自然能量進行存儲，同時在適當的時機進行釋放，讓不穩定的自然能量轉化成為對人類社會發展有益的能量，最重要的是還能提高電網對可再生能源的吸納能力[1]。

風光儲聯合發電，在原有電力生產模式的基礎上，新增了存儲電能的環節，能夠不可控發電實現可控，同時還能保證功率輸出的平滑性，最重要的是也大大強化了電網運行的經濟性、安全性和靈活性，電網對于可再生能源的接納能力也達到了顯著的改善和提升。

儲能是指在電力充沛的狀態下，在相關媒介中存儲多余的電力，然后在風機停運、夜晚等情況下，將存儲的電能進行釋放，以便更好的滿足發電廠的發展需要。風光儲聯合發電系統在運行中，當風、光發電出力總和大且系統負荷相對較小的情況時，儲能裝置就會自行進行充電；當風力發電以及光伏發電總輸出功率小且系統負荷較大的情況時，儲能裝置就是釋放電能，從而起到平滑輸出功率的目的，借此來全面提升電網對可再生能源的接納能力。

總的來說，風光儲聯合發電技術在運行中，主要包括風光儲電站功率聯合預測、安排發電計劃以及控制實時發電等環節，其中風光功率預測是該發電技術應用的前提，而核心則是儲能功率控制，這樣才能實現功率平穩輸出。

2 風光儲聯合發電的調度作用

風光儲是指在全面分析風光以及儲能配比的基礎上，對其進行合理配置，通過聯合出力來彌補單獨發電的不足，以確保風光儲聯合發電可以發揮出與常規電源類似的效果。“輸”的含義主要可以從以下兩個角度進行分析：一是利用先進交直流輸電系統，高效的送出清潔能源；二是發揮出電網的調度作用，對風光儲聯合發電的運行特性進行深入分析和探索，同時加強常規電源及負荷特性見的聯系，以實現風光儲聯合發電所在區域電網的有效調度，實現協調發展。

3 風光儲聯合發電運行中的關鍵技術

3.1 風光功率預測技術

對風光儲聯合發電運行技術來說，風光功率預測技術對于制定發電計劃以及調度方式有重要意義，是發電計劃以及調度方式制定的基礎前提。在功率預測系統的支持下，可全面加強某一時間段內相應發電歷史信息的分析和總結，進而能夠得到更加精準的風光發電功率。

3.2 并網逆變器技術

眾所周知，為實現風電、光伏與儲能的聯合運行，離不開并網逆變器的支持，只有在并網逆變器的支持下，才能使其與電網進行有效的連接。而風光儲聯合發電技術主要使用的并網逆變器可以分為三種，分別是交直交變換器、儲能DC/AC雙向逆變器以及DC/AC逆變器。逆變器控制可以有效加強發電功率因數、有功功率、電能質量等指標的控制，倘若這些工作沒有做好，很容易誘發功率控制無效或者電能質量不合格等問題，嚴重時更容易產生安全事故，造成較大的損傷。

3.3 智能發電調度

自然氣象因素對風力發電以及光伏發電有直接影響，同時風力發電以及光伏發電也同樣具有輸出功率不可控的特性，而風光儲聯合發電系統的調度主要就是負責加強儲能裝置的控制，借助儲能裝置存放風電以及光電，來實現發電系統輸出功率的調控。而儲能裝置的工作方式主要可以分為以下幾類。

3.3.1 平滑功率輸出模式

平滑功率輸出模式在運行期間，儲能裝置在充、放電時，必須保證落實總輸出功率平滑的基本原則，同時避免功率有大幅度波動的情況。所以，需對出力曲線、儲能機組容量進行預測，對充放電區間以及波動范圍進行合理選擇，并控制功率波動，減少電池充電的次數，借此減少對電池壽命帶來的影響。當風光總發電功率明顯增加，并已經超過標準范圍，儲能機組就會進行充電；反之儲能機組就會放電，這時輸出功率就會增加，進而保證功率輸出曲線的平滑[2]。

3.3.2 跟蹤計劃出力模式

運用跟蹤計劃出力模式時，自動發電控制系統可以預先對發電出力跟蹤的計劃出力曲線進行預設，還能加強合理控制。這種計劃出力模式在風光預測系統的支持下，可以對出力曲線進行預測，此外也可以結合負荷預測，以得到風光儲聯合發電系統的跟蹤發電曲線。

3.3.3 負荷削峰填谷模式

在負荷削峰填谷模式的支持下，儲能機組可以結合系統負荷的動態變化情況，來對充放電方式進行合理變更。當系統負荷出現低估狀態時，儲能機組就會進行充電，若處于負荷高峰，儲能機組就會進行放電，進而削減負荷高峰，借此來緩解和降低系統的供電壓力。

3.3.4 系統調頻模式

在應用系統調頻模式的過程中，需要做好系統調頻工作，這時儲能裝置的容量也會增加，除了抽水蓄能外，其他的蓄能目前還無法滿足實際的需要，所以該模式更加依賴于大規模儲能技術。

3.4 儲能控制技術

抽水蓄能是現代電網中常用的儲能技術，具有應用成本低的優勢。但在建設抽水蓄能發電站時，容易受到自然因素的干預，導致部分區域難以進行有效的建設。為了突破這一問題，越來越多的儲能技術快速發展，如化學儲能、飛輪儲能等（如圖1所示），相對來說化學儲能在技術方面更加的成熟，基本實現了規模化生產，在一定程度上滿足了發電站大規模充放電的需求。而風光儲聯合發電系統在運行中，儲能裝置的容量以及響應速度十分重要，其中儲能裝備必須具有平滑出力的性能，所以必須合理的加強儲能裝置容量以及功率的選擇。

圖1 飛輪儲能技術

3.5 無功電壓控制技術

風能以及光能是我國最重要的可再生資源，在借助風能或者光能進行發電時，難免會對電能質量以及系統電壓產生不同程度的影響，為了將影響降到最低，就需要加強無功電壓的控制。一般來說，若出現系統故障或電壓閃邊的情況，風力發電機的端電壓也會受到影響，甚至電壓會明顯高于正常電壓，在這樣的情況下，就容易引起風力發電機脫網情況的出現。目前，固定電容器以及SVC是比較常見的無功調節裝置，但是由于這類無功調節裝置的相應速度較慢，當其出現響應時，這時風電機組已經出現了脫網的情況。一旦出現大規模并網發電機組脫網的情況，電力系統的穩定運行也必然會受到影響。

SVC的誕生和應用，在一定程度上解決了上述的問題，不僅響應速度更快，而且其在風光儲聯合發電系統中的運用，還能加強無功電壓的有效控制。風光儲聯合發電系統內有很多逆變器、換流器，而這些設備就自帶無功調節功能，對此在制定無功調節方案上，需要綜合的分析和考慮逆變器與SVC之間的協調[3]。將SVC以及逆變器分別設置為無功功率控制裝置以及基礎無功控制設備，這樣一來一旦出現故障問題，SVC就能第一時間發揮作用，若判斷屬于無功補償模式，光伏逆變器、風機變換器以及儲能雙向逆變器就會發揮無功并裝置SVC。

4 風光儲聯合發電運行技術的工程應用

無論是風能還是光伏發電，都存在一定的間歇性和波動性特征，二者在獨立工作時，是無法保證電能輸出穩定性的，所以為解決這一問題，國內的多數電網公司紛紛投身到風光儲聯合發電工程應用的研究之中，經過多年的研究和努力，成功建設第一個國家級風光儲示范功能。該工程的建設，在先進技術手段的支持下，讓風電、光伏發電以及儲能裝置與電網的互動和智能化調度成為現實，打破了可再生資源并網發電的技術桎梏，同時也大大提高了電網對可再生能源并網發電的接納能力和水平。

5 風光儲聯合發電預行技術的應用前景

現如今，加強可再生能源的大規模開發，利用可再生能源逐漸代替不可再生能源已經成為必然趨勢。目前，成熟的可再生能源利用方式就是風電技術，隨著國家支持力度的增加，風電技術也得到了迅速的發展。同時，光伏發電技術的發展速度也明顯加快，由此可見以風電和光伏為代表的新能源技術已經越來越重要，不僅可以緩解能源方面的需要，同時還能優化能源結構，減少對生態環境的污染，對于促進社會的進步與發展等方面也發揮著關鍵性的作用。在這樣的大形勢下，如何有效改善和提升電網對風光發電的接納能力，已成為重點需要突破和解決問題。風光儲聯合發電運行技術的應用，能夠讓風電、光伏以及儲能裝置實現多種組態的運行，還能發揮出其與智能電網的相互作用，讓風電以及光伏等新能源的性能逐漸的接近常規電源，進而打破了大規模新能源并網運行上的基礎瓶頸，為新能源與電網間的協調發展提供了重要的支持，也在較大程度上了推動了電網對新能源接納和調度控制的智能化水平。

整體來看，我國風光儲聯合發電技術仍舊處于起步階段，但是在技術方面并未發展成熟，有關的配制政策和制度也不夠完善，但是不難發現，鑒于我國太陽能以及風能資源十分的富足，為了有效的開發和利用新能源，緩解不可再生能源的利用壓力，風光儲聯合發電技術必然會有更大的發展空間，而且未來風光儲聯合發電技術也必然會更加的成熟和完善，同時必然會實現大規模的應用和普及，并成為最重要的新能源開發利用形式。

綜上所述，隨著能源危機以及全球變暖情況的加劇，使得新能源發電已經成為各國發展的必然趨勢，而我國在風能以及光能資源十分豐富，在國家和政府的支持下，風光儲聯合發電技術也得到了迅速的發展。但是風能發電以及光能發電具有明顯的間歇性以及隨機性特征，難以保證功率輸出的穩定性，而這就會嚴重影響可再生資源有效的并入到電網，還會給電網安全帶來威脅。對此為了突破這一問題，就需要加強風光儲聯合發電技術的研究與探索，將風力發電、光伏發電以及儲能裝置進行聯合運用，構建風光儲聯合發電系統，以便加強有效控制新能源發電的平穩控制，為新能源發電的發展開辟新的道路。