风力发电系统中储能技术分析

风力发电系统中储能技术分析

薛超

陕能榆林清洁能源开发有限公司  陕西省榆林市   719000

摘要：在当今能源转型的大背景下，风电作为最具发展潜力的新能源之一，其快速发展已成为社会发展的必然趋势，在风电系统中应用储能技术，可以解决风电系统中遇到的种种问题，风力发电系统中储能技术可以充分发挥出储能能源的优势。基于此。简单讨论储能技术在风力发电系统中运用，深入探讨应用措施，以供参考。

关键词：风力发电；储能技术；逆变器

前言：风力发电系统是当前世界上广泛使用的电力系统之一，是一个由多种发电单元组成的大规模发电系统。风力发电系统中所采用的储能系统能够充分发挥风力发电系统特性，在系统运行过程中，能够保证系统能量供应，保证电力系统发电效率，并能降低系统所需消耗电流，减少电能输送过程中产生的损耗。

1.储能技术在风力发电系统中运用

1.1风力发电储能系统的基本原理

风力发电系统作为我国目前应用较为广泛的能源类型，其具有发电效率高、能源利用效率较高等优点，是我国现阶段较为适合推广的绿色可再生能源之一。与常规能源相比，风能具有更大的可持续性、经济性和环境效益，风力发电机是根据风力机械产生动力，实现发电的一种小型风力发电系统应用，目前中国风电装机容量已达到156MW，且这部分还在不断增长当中。随着电网规模的不断扩大，风电自身所具有运行稳定可靠性的问题也随之出现，在并网运行过程中，会因为风力发电机组与电网输出电压不匹配，影响电网运行系统安全，或者影响整个电力系统的安全稳定工作。而储能系统通过提供电能为电网提供电能，以满足电力系统运行需求，并达到提高设备运行稳定性的目的，保证系统正常生产过程运转以及电力供应正常提供。储能设备可以将其作为电池存储在电网中，对能源进行转化利用，以减少电力资源消耗，达到节能减排的目的。储能技术主要是通过将风能转化为电能，并将其储存起来，然后根据使用需求给电网输入电能，满足需求的能量方式进行二次循环，从而为电网起到储能作用促进能源利用效率提升的作用[1]。

1.2风能利用储能系统概述

风能是人类能源利用最主要的一种形式，它具有十分广阔的开发应用前景。目前，风力发电系统技术主要包括有大型风力发电机、叶片式或离心式风机以及风轮等形式，其中大中型风力发电系统又可以分为塔式风力发电机和齿轮箱式风电发电机，风轮是一种可随风向转动的小型风力机械。据统计资料表明，有三分之一以上的可再生清洁能源都会通过塔机转化成电动力，直接送入发电机或者通过齿轮箱输出动力，在我国风电行业中也大量应用了塔机型风电设备，在我国的发展前景十分广阔，由于中国风能资源丰富，且大部分地区对风能具有较高的利用率，因此可以根据风能的来源、规模等因素将我国风能利用特点作为分析其储能方法和设备应用价值以及未来发展方向，针对小型风力发电系统而言将会有更多机会出现，并且这种应用方式为电网起到储能作用并发挥经济优势[2]。

2. 储能技术在风力发电系统中的应用策略

2.1逆变器储能配置

在风电场中，由于风速的变化导致电网电压、频率不稳定，因此在风力发电机设计时，要充分考虑风电场与电网的耦合问题。一般来说，风电场的电网与输电线路往往相距较远，因此，风电场与电网必须能够相互沟通，在电力能源不均衡的情况下，并网就显得非常重要，而储能装置的应用就是为电网提供“备用”电压，以保证电网能够稳定运行。如果电网没有稳定电压出现或者很难确定时，则需要使用储能电站来提高电网频率，逆变器是将直流电转换为直流电，为了防止大电流通过电网而导致电压波动，使电网电压保持在较低（一般小于5kV）或低于3kV。另外，风电场内一般都会有变流器，逆变器储能配置将会为电网提供调节力量，但由于风电场是以低电压运行，其不稳定的电压会导致电网发生剧烈波动，因此使用逆变器储能能够将电压降低到较低水平，所以风力发电系统中的储能装置应尽可能提高功率，同时提高容量[3]。

通常来说，逆变器容量应该大于3kWh，以使电网电压稳定在较低水平，且能够在一段时间内不出现频繁波动性。当风电场的容量低于2MW时，需要考虑使用储能装置来实现对电网电能的调节作用。如需要储能对电网进行补充电蓄以备故障时使用。采用多组蓄电池组或直流电接入时对电网进行切换，来保证用户供电需求或者使用电动汽车提供电力给电网等方面，当电网电压降至一定程度时，则需要给电网补充能量等等，导致逆变器要频繁地进行放电功能，因此逆变器储能能够达到提高变流器功率等级、增加电压电流的目的。但此时也会引起电容器容量的减少，导致功率因数下降和效率降低等情况出现，甚至导致发电机过载而导致设备损坏。因此使用储能装置进行风电系统与电网融合工作时，更需要采用逆变器进行调节和控制，以保证风电场系统安全运行时间以及电能质量得到保证。

2.2逆变器与发电机连接方法

在风力发电系统中，逆变器与发电机连接的方法有两种。第一种是直接将发电机安装在升压变压器上，由逆变器直接将交流电转化为直流电。这是一种直接接入设备的方式。第二种是将转子连接到电网中，将交流电转换为直流电，然后通过变频器进行输出，这种连接方式的优点是可以使用在高电压输电系统中，但缺点是需要较长的操作时间，也不能保证发电机稳定运行。另外一种情况是，逆变器需要连接一个变压器来维持逆变器工作，在负载需要时，可以直接通过逆变器转换成直流电进入电网。其缺点是电网不稳定时会导致负载产生波动，因此，在这方面需要考虑多方面的因素。由于逆变器容量很小，不能满足输电时的要求，通常用一台负载两台发电机组进行供电，这样可以实现逆变器与发电机零点联接，完成电源与电网之间的隔离供电，但是逆变器必须有足够的容量以实现高功率输出，防止负载过大。因为电网电压不稳定时，电压低会引起逆变器开关频率升高，造成发电机负荷过大导致发电机启动所需电压提高，这时就要通过增大逆变器电流来达到所需要参数，逆变器与发电机连接主要涉及逆变电容、逆变线圈及滤波电路等。

2.3直流电源储能技术应用措施

由于风力发电系统运行的复杂性，在风电机组内部安装储能装置，对保证电网电压质量和电源输出容量具有十分重要的作用，在风电系统中应用具有现实意义。目前我国大部分风力发电系统大多采用直流电源供电，为了提高发电机的输出功率，可采取直流电源和交流电源相结合的方式，来提高其运行可靠性。风力发电系统中，蓄电池容量取决于各风力发电场分布等因素，但储能装置在风场中一般都配置在远离电网的位置，因此风电机组不可能在风电并网运行时，随时释放电能，由于风电场不与电网正常电压融合，因此即使储能装置出现故障，容易造成对电力供应的破坏。为了确保风力发电系统的安全稳定运行，提高风机输出功率，就要考虑到储能装置自身是否具备较好的过流能力和抗冲击能力。当风电场遭遇故障时，可以向电网发出信号，将储能装置接入电网中，对风电机组进行安全控制。目前国内多采用电力调度方式保证电力负荷平衡而不受冲击，因此采用大容量的直流电源进行储能技术，来保障风场正常运行，可有效避免由于直流电源损坏引起风力发电机组过载烧毁等情况发生。

结束语：我国在风电技术上已经处于世界前列，并且随着技术持续发展也在不断改进储能应用更加广泛，储能技术和控制方法具有很高的应用价值和广阔的发展前景，需要结合当前实际情况对储能技术进行不断创新和完善，保证风电系统正常运行的同时，推动我国风电行业发展和进步。

参考文献：

[1]李伟,井兴洋.控制技术在风力发电系统中的应用[J].中国高新科技,2022(16):144-146.

[2]张伟祥.风力发电企业税务风险识别及防范对策[J].质量与市场,2022(16):157-159.

[3]王业开.油气田风力发电系统一体化测试技术研究[J].石油石化节能,2022,12(08):72-78.