儲能技術在風電并網中的應用分析

戰春雨　李放　王欣　張華飛　胡飛飛

摘 要：風力發電作為一種技術成熟、成本較低、可大規模開發利用的發電技術，在新能源發展中占據重要地位，近年來得到迅猛發展。隨著風力發電在電力系統中占比不斷增加，風力發電必將對電力系統的安全穩定運行帶來新的挑戰。本文在對儲能技術分析的基礎上，重點探討儲能技術在風電并網中過程中平穩電網的作用。

關鍵詞：風力發電;儲能技術;并網;安全運行

1 前言

針對我國能源發展現狀，目前常用于調頻機組局限于水電與火電機組，但各自調頻能力受到一定制約。其中水電機組調節速度雖快但其調頻容量易受到地域或季節性的制約;而火電機組雖能克服以上缺點，但火電機組響應時間長，爬坡速率慢，不能精確的跟蹤調度指令。同時火電機組通常在冬季受儲熱制約，致使可參與調頻的火電機組調頻量明顯不足[1]。由于風電出力波動幅度大，速度變化快，通常火電機組調頻能力受到自身調節容量和調節速度的制約。為減小因大規模風電并網而引發的頻率穩定等不良影響，并為電網提供更優質的電能質量，傳統的調頻方式顯然已無法滿足大規模風電并網的調頻需求。儲能作為一種有效提高風電接納規模的手段應運而生[2]。

2 風電并網對電力系統的影響

隨著風電場容量在地區電網中所占的比重越來越高，風電并網對電力系統的影響也越發明顯。風電機組的輸出功率與風速的立方成正比，由于風速本身的隨機波動性，將會導致風功率的輸出不穩定。這種波動不穩定的功率并入電網，將會造成電壓波動和電壓閃變。當前兩大主流機型直驅永磁同步發電機和雙饋異步風力發電機，他們的控制都依賴于電力電子裝置，需要考慮諧波所帶來的干擾，諧波電流的引入是由于風電機組的電力電子裝置設計的問題引起的，將會引起電壓波形的畸變。風電通常接入到薄弱的末端電網，同時改變了電網功率單向流動的特點，改變了原有潮流方向和分布。隨著風電滲透率的不斷增大，風場附近的局部電網聯絡線功率和電壓將會高于安全范圍，嚴重時會導致電壓崩潰。一般情況下，普通風電機組所采用的無功補償方式為電容補償，無功補償量與接入點的電壓平方成正比。當系統電壓水平下降時，無功補償量會隨之降低，此刻風電場會缺乏無功支持，導致風電場對電網的無功需求會增大，并且電壓水平更加惡化，極其嚴重時會引起電壓崩潰，部分風電機組會由于自身的低電壓保護自動停機。

3 儲能技術在風電并網中的應用

儲能技術的大力發展，為解決風電并網問題帶來了新的解決途徑。儲能系統具有動態吸收和釋放能量的特點，科學合理地在風電場中配置儲能能有效彌補風電的間歇性和波動性，改善風電輸出功率的可控性，增強穩定性，并改善電能質量及優化系統運行經濟性。

采用儲能系統提高電能質量方面主要是抑制電壓暫降和降低電壓波動。利用靜止無功補償器組成儲能系統來提高電能質量，能夠進行與系統功率的快速交換，有效改善電壓暫降，降低電壓波動等，可以改善風電接入電網所帶來的電能質量。在永磁直驅風機的全功率雙脈寬調制控制的電壓型變流器的直流側配置飛輪儲能系統，在對稱短路故障消除后的電壓恢復過程中，能夠將剩余的電能存儲起來用于電網電壓的平穩運行，提高了風電機組的電能質量。超級電容器的串聯補償可以有效減小電壓的波動性，降低電壓暫降，并聯補償可以有效降低風電的不確定性。抑制電壓暫降和降低電壓波動等電能質量方面問題，主要是抑制短時功率波動，需要儲能系統具備對功率的快速調節的能力。儲能系統能夠快速吞吐有功功率和無功功率，從而提高系統有功功率和無功功率平衡水平，增強風電穩定性。采用儲能改善系統的風電接入能力及增強電壓穩定性問題，利用超導儲能增強頻率穩定性方面的問題，超導儲能系統的使用有效增強了系統的頻率穩定性，且儲能容量越大，系統頻率偏差越小。一般情況下，對于增強系統穩定性的儲能系統的容量要求較小，但必須具備快速高功率輸入輸出的能力，并結合科學合理的控制策略才能取得最優效果。

采用儲能系統優化風電經濟性。由于風電的間歇性和波動性，大規模并網時必然會導致系統運行經濟性不高。科學合理地配置儲能系統為優化風電經濟性問題帶來了理想解決方案，實現風電場與電網的效益最優。儲能系統能夠將低谷時段的剩余電能轉化為高峰時段的緊缺電能，并取得較好的經濟效益，同時能有效改善風場功率輸出的波動性，降低風電場對系統備用容量需求。

4 結束語

綜上所述，在風電場中加入儲能系統，能夠有效改善風電隨機性引起的系統備用容量需求增加的問題，還可以提高風電設備利用率，有效降低發電成本，促進資源的優化配置，改善系統運行的安全性經濟性。

參考文獻

[1]劉巨，姚偉，文勁宇，等.大規模風電參與系統頻率調整的技術展望[J].電網技術，2014，38（3）：638-646.DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2014.03.015.

[2]程時杰，李剛，孫海順，等.儲能技術在電氣工程領域中的應用與展望[J].電網與清潔能源，2013，（14）：1-8.