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风电并网中的储能技术研究

姚兆林
摘要：风电并网就是利用电网运行的大型风力发电机，并将这些风力发电机集中安装，形成一定的规模。本文首先介绍了风电并网中储能技术的特点，进而提出储能技术在风电并网中的应用策略，更好地改善风电并网发电中的储能技术，促进风电并网发电技术的更新，进一步的推动我国新能源事业的发展。
关键词：风电并网;储能技术;应用策略
引言：随着我国经济的快速发展以及综合实力的不断增强，电力体制也在不断改革和发展，清洁、环保的新能源风力发电成为了现在电力行业的主流发电方式。风电并网发电技术具有安全、高效的特点，因此完善风电并网中的储能技术，是提升风电并网发电效率的重要途径，同时还能更好地促进我国能源事业的进步。
1风电并网中储能技术的特点
风力资源是风电并网发电技术中的主要能源，由于风具有很强的波动性和间歇性的特点，因此，风电并网发电技术的电力输出也具有随机性和间歇性的特征。一方面，由于风电并网系统一直处在电网末端并且以规模化进行发展，规模较大的风电并网，会造成发电时间段较为固定和集中，因此受到风力资源的制约影响较大，例如：风场相近、风力特点差不多的情况下，发电的出力程度也大致相同，所以，若供电的时候风力较大，供电量就会比较强;若供电的时候风力较小，则供电量就会比较弱。
另一個方面，在我国目前的风电并网发电模式中，所包含的风电机组在设计时，是根据风力并网的强电模式来进行设计的，但是在实际的工作过程中，由于风电并网采用的是远距离操作方式，这样一来，就会造成电力网和电机组的连接情况不良、接触相对较弱。这种情况下，以往的电网故障应急方式和稳定性操控系统是无法进行及时、有效应对的，进而使电力系统在运行时具有一定的不稳定风险。基于此，为了保证风电并网发电方式的稳定性和安全性，电力企业对于风力发电机组并网做出了标准化的要求和规定，特别是对于无功调节能力、故障穿越、最大出力等关键内容，进行严格的监督和管控。
2风电并网中储能技术的应用策略
2.1提高低电压穿越能力
低电压穿越问题是风电并网发电技术中，最为重要的问题之一，它主要是影响了风电并网发电的稳定性。低电压穿越问题是指在风力发电机并网点电压下降的时候，风电机组接入公共连接点后风机依然能够保持并网，并且还可以向电网提供一定的无功功率，维持电网恢复工作，直到电网恢复正常运转[1]。基于此，相关工作人员可以通过改进调控策略和硬件配置这两种途径来解决这个问题，主要是从风电场和单台风机设备这两个角度作为切入点来开展工作。
一方面，改进调控策略时，是不需要对其他硬件设备进行改进和使用的，在开展工作时也相对比较简便。但是，在进行改进调控策略时，也伴随着一定的局限性，例如：在电网出现故障时，正在运行的风电机组就会出现暂态过电压和过电流的情况发生，这是由于瞬间过电能量不平衡而导致的。因此，在这种情况下改进调控策略是无法从根本上解决问题的，并且在电网出现故障时，还会伴随着暂态电能过多的问题，从而导致在一定的程度上是无法达到预期的效果的，改进调控策略这种方式主要是在故障电压不是很明显的情况下进行的。另一方面，就是实施硬件配置的方法，在使用这种方法时，可供选择的途径有很多，最终效果也比较理想，既可以当风电机组在PCC电压发生下滑时，依然可以保持风力并网状态，同时还可以向供电网提供无功功率，用来支撑电网电压;又可以防止电压下降而导致的风电机组产生过电流、过电压等问题的发生，突发的过电流、过电压会给风电机组带来一定冲击，进而对风电机组造成破坏。在利用增加硬件设备配置的方法来解决问题时，可以采用快速储能系统，以便于更能够获得较为理想的效果。
2.2平仰功率波动
在风电并网的发电过程中，对于出力的波动性的控制工作，一直都无法有效的进行开展，如果这个问题无法得到有效的解决，就会在一定程度上影响风电并网发电在经济性、电能质量和电网系统中的稳定性。在对大型的风力发电场中机组进行出力测试时，要充分考虑尾流效应、塔影效应等多种制约因素的影响。随着我国科学技术的不断发展，在使用储能系统对风电并网中出力波动性方面的调控，已经较为成熟了，而且可以以更加先进的方式来进行工作。
基于此，在解决问题时采用储能系统，并配合相应的调控策略，可以在一定程度上解决风电并网由于风力影响造成的出力问题，同时还能够控制风电输出功率过强的波动性。平仰功率波动，主要是通过对储能装置的电容器进行串并联，使用模糊理论进行协调和控制，来实现对在发电功率波动中的有效抑制，进而通过电池储能系统，提升风电场并网机组系统的稳定性以及改善电能质量。通过对部分风电并网进行的实验，可以充分证明了在风电并网系统中，配置储能容量的这种方法，十分具有有效性[2]。通过构建储能系统，能够平滑风电并网发电方式的功率曲线，实时监测和改善风电场负荷曲线的变化，对风电场的系统起到了平抑功率波动的作用。
2.3控制系统频率
供电网的频率与供电系统和用户的用电需求有着很大关联，所以，当发电和用电负荷相平衡时，频率一般保持在50赫兹左右;当发电容量超过负荷容量时，频率也会随之上升;当发电容量小于负荷容量时，频率则会下降。因此，为了保证供电网功率的稳定性，使电网在工作行过程中有效的保证电网质量，采用的主要手段是配备与风电发电容量相同的常规电厂进行旋转备用。由于供电网会受到控制信号滞缓、发电速度受限、调频器死区等方面问题的影响。同时，风力机组发电时功率会很快的变化，所以就会产生多台调频机组的运行效果相互抵消的现象，并且产生浪费电能、电网不安全的问题。因此，利用二次调频而配置的储能系统，可以准确、高效地控制功率输出，既能满足电网调频的标准要求，又能提高电网对可再生能源的接受能力，同时还可以实现正和反的双向调节功率的手段，合理的控制作用可以改善发电系统的调频特性，进而实现调频的双倍效应。
2.4提升系统的稳定性
风电并网系统的稳定性，就是指风电并网系统在运行过程中，受到一些因素的干扰和影响后，供电网可以通过自我调节，恢复到以前的运行状态，或者是转化为一种新的稳定状态，并且根据性质的不同，可以分成暂态稳定性和静态稳定性。风电机组构成的电力系统，不单是存在着负荷变化所引起的干扰，并且还有出力的不稳定变化而对系统造成的影响，最为严重的就是静态电压稳定性的问题。导致暂态稳定问题的原因，通常是在系统发生严重故障的情况下，风电机组在解决故障后，恢复额定电压并逐渐正常运行，但在发生故障后，由于风电机组无法及时的重新构建机端电压，从而导致运行过快而失去稳定性，这会对区域内电网产生一定的破坏性作用。因此，解决暂态稳定性的问题，要以模糊理论为基础，进行储能系统的控制策略，并在实施中对制动电阻、距角控制等要素进行对比，在风电并网的储能系统中，改善效果是十分的明显，有效地提高了系统内部的稳定性[2]。
结论：综上所述，风力资源作为我国的新能源，应该加强对其在发电工作中开发。而储能技术作为风电并网发电模式的基础保障，在工作过程中还存在着一些不足。因此，电力行业相关工作者应不断探索和创新出储能技术在风电并网中的应用策略，进一步加强我国电力事业和新能源事业的不断进步和发展。
参考文献：
[1]    王思渊.面向大规模可再生能源并网的储能规划研究[D].浙江大学，2019.
[2]    范淼.风电和储能联合运行的多维效应分析模型研究[D].华北电力大学（北京），2019.
[3]    褚鑫.混合储能系统参与风电并网一次调频的研究[D].上海电机学院，2019.

-全文完-