风电并网中的储能技术研究

风电并网中的储能技术研究

乔慧斌 李根

中广核新能源塔根风电场

内蒙古 锡林浩特 026000

摘要：风力发电的稳定性受到风力、风速的影响较大，由于风资源的不可控性，使得风电波动性较大。而在将风电接入电网后，由于风电本身的不稳定性，会牵连到整个风电并网运行的质量，对电力系统的安全运行有着极大的影响。因此，需要在风电并网系统中运用储能技术，对电压不稳、过电流、频率不稳、谐波污染以及闪变等问题进行有效的控制。

关键词：储能技术；风电并网；电能质量

前言：

储能技术在风电并网中的运用，可依据风电运行的需求，进行电能的吸收和释放，以弥补风力发电不稳定的问题，形成对风电输出功率的平稳控制，以为电网提供稳定的电力输出。储能技术在风电系统中的运用，需要注重LVRT功能的提升，稳定电压、电流，以形成对风电机组的保护作用，从而全面提高风电并网运行的稳定水平。

1. 风电并网存在的问题

1.1功率不稳定

风力发电来讲，在进行发电运作过程中，其本身的功率就存在着不稳定性的特点，只因为在我国国内地域辽阔，所以布局大规模的风力发电，集中度非常高，因此在相邻的风力发电厂的输出力方面相关性非常强，因此也导致了在进行风电出力的过程中，其波动性会非常大。风电并网的过程中，风力发电这种较大的波动性以及不稳定性对于整个电力系统来讲所产生的影响将是非常严重的。

1.2风电并网链接较弱

因为在我国进行风力发电的过程中，风力发电场规模比较大，而且因为我国地域辽阔，所以各发电厂之间的距离也比较远。因此在远距离情况下，风力发电场与电网系统之间进行链接过程中，链接程度非常弱。因为在现如今进行风电并网过程中控制工作设计是通过假设介入强电网来进行的，所以这种链接程度较弱的现象会更为突出。

1.3稳定控制与故障保护问题

因为在我国传统的发电式同步发电机，而风力发电是通过电子结构来实现风电并网，其最大的特点就是动态响应。两者之间存在的差距非常大，因此在这种情况下，传统的电力系统其稳定控制以及故障保护问题越来越突出，难以得到有效的维护，整个电力系统的安全性也受到了严重的影响。为了确保在进行大范围供电时电力系统的运行能够安全并且稳定，相应的电网公司需要对风力发电场在处理波动以及无功调节等方面进行最全面的控制以及规定，这些控制以及规定导致相应的风力发电场难以达到并入电网的要求。在这种情况下，我国部分地区的风力发电场及风电机组存在着闲置运转的现象， 浪费了很多资源。

2. 风电并网中储能技术的研究

2.1风电系统低电压穿越能力提升

对于风力发电来讲，在其发展技术攻关过程中，低电压穿越能力一直是最难解决的一个问题，同时也是对风力发电稳定性产生重要影响的主要因 素。对其低电压穿越能力进行提升，主要可以从单机以及风电场两个方面来着手。从风电机组着手对低电压穿越能力进行提升，主要可以采用两种策略。 第一种策略是改进控制策略，在这种策略中不需要增加一些其他的硬件设施，因此在进行操作时非常简单。但是因为在风电机组出现电网故障时，会出现暂态过电压以及过电流的现象，主要是因为瞬时能量不平衡，所以针对于控制策略的改进，并不能够对战能量过剩问题进行根本性的解决，所以实际应用效果并不是非常的明显。第二种方法则是通过对硬件设备进行增加，根本上解决暂态能量过剩问题，弊端就是需要增加额外成本投入。对于风力发电厂总体而言，在进行单台机组的控制策略改进过程中，若想提升风电场故障穿越能力，对于硬件设备的改进是最有效的一种方法。快速储能系统属于非常特殊的一种装置，无论是在单机层面还是在风电场层面上，都能够对该问题进行有效解决。

2.2抑制风电场功率波动

在风电场进行发电过程中，出力波动以及难以受到控制，是造成电网稳定性降低的主要因素，同时也导致了电能质量和调度经济性问题的出现。也 在进行风电并网工作时将ESS进行引进，同时增加相应的控制策略，不是风力发电过程中油封速随机变化所引起的风电出力波动影响降到最低，同时对风 电输出功率波动状况进行缓解。在短期储能以及中期储能技术下，能够将风电场发电过程中容量以及响应速度和经济性等矛盾进行缓解。

2.3提升系统频率控制效果

在风力发电过程中，风电出力的随机波动性以及爬坡特效非常明显，因此在进行实际控制工作时难以进行准确的预测和有效控制，且在此情况下所 产生的电网频率变化非常的微弱，不能够达到对电网进行调频的工作目的。所以在此情况下，如果进行大规模的风电并网，那么电力系统频率控制的问题 将会非常的突出。为了能够对电力系统有功功率进行实时平衡，确保在风电处理过程中电能质量以及电力系统稳定性，需要在风电接入规模比较大的情况下，增加和风电同等容量的旋转设备进行备用。同时因为传统的同步发电机骑在进行频率调节时，会非常容易受到调速器死区以及发电速度的限制，如果风力发电厂功率变化速率较快，那么多台调频机构在进行工作时所产生的效果将会相互抵消，进而出现不必要的浪费现象。而ESS技术因为企业功率响应能力非常强，并且能够对功率进行正反双向调节，所以能够对风电电力系统的调频特性进行非常好的优化，进而达到调频双倍效应。

2.4提高风电并网电力系统稳定性

在过去电力系统在进行工作时，稳定性所指的是电力系统在进行运营过程中，受到来自周边影响因素出现扰动之后，能够恢复到原有系统运行状 态，或者是过渡到一种新的状态，从而实现稳定运行的能力，而这种稳定性主要可以分为两种，分别是暂态稳定性以及静态稳定性。预约风电电力系统来讲，这些稳定性问题同样存在，而且因为在风力发电过程中所使用的机组与传统的同步发电机不同，所以稳定性表现特征也拥有特殊性。无论是传统的同步发电机还是风电机组，其在运营过程中所出现的这些稳定性问题，都是因为系统的瞬间功率不平衡，而ESS因为其自身所具有的快速功率响应的性能，能够使得风电电力系统在运行过程中稳定性迅速实现。

3风电储能的前景

3.1注重储能体系以及数学建模的发展

由于储能方式多样，特性差别突出，如何依据实际需要来构置ESS 是首要问题。在风电大规模并网的应用工程中，单一的储能技术无法全面满足需 求，唯有将快速反应特性的ESS和大容量储能ESS联合使用，构造复合系统，才能最大限度发挥其控制性能。针对不同的应用需求和控制目标，ESS的模型要求也有差异，而数学模型的建立，是研究问题的前提。随着多元化符合储能模式的研究开发，建立大型复杂模型将是不得不面对的重大问题。

3.2加大储能系统控制的研究

合理的控制方案是ESS发挥功效的前提，还对储能容量和运行效益产生影响，因此，对于储能系统的控制是储能技术研究的重点。随着研究的不断 深入，ESS 的功能不断丰富，对其控制策略也会变得复杂化。而多元化复合储能系统控制涉及的联合协调控制问题，让整个系统的控制方案变得更为重 要。因此，在未来风电并网中储能技术的研究过程中，控制策略是不可规避的着重点。

3.3改善电能质量

在很多情况下，风电场一般位于电网末端，并与配电网直接相连，这就使得风电引起的电能质量问题显得尤为重要，例如电压波动和闪变则是风力发电对电网电能质量的主要负面影响之一。有学者采用超级电容器平抑风电有功功率快速波动从而抑制闪变的方法，设计了超级电容器的控制策略，仿真结果表明了所提出的控制策略和方法的有效性。针对变速风电机组设计了附加频率控制环节进行研究，分别通过对转子和风轮机的附加控制，使得DFIG对系统的一次调频有所贡献。针对这些控制方案将降低风电机组效率的缺陷，采用飞轮储能系统辅助风电机组运行，通过对飞轮储能系统的充放电控制，实现平滑风电输出功率、参与电网频率控制的双重目标，并通过仿真验证了方案的可行性。

结语：

由于环境污染和传统能源短缺问题日益严重，绿色环保新能源的开发利用已成为全世界关注的焦点。风电技术作为新能源的应用方式，在中国发展速度十分迅猛。本文通过对风电发展过程中面临的若干问题进行简要分析，提出问题的根源，并对解决问题的储能技术的发展应用进行了简要阐述，提出进一步深入发展风电并网中储能技术的研究举措，以期让更优化的储能技术能够大规模应用到风力发电输送系统中，让整个电网中的风电含量与日俱增，不断优化我国的能源结构。

参考文献：

[1]陈红.风电并网中的储能技术探讨[J].电工技术,2019,504(18):138-139.

[2]余远建.储能方案在风力发电系统中的应用[J].区域治理,2019,(3):188.