論規模化儲能在風、光發電項目中的應用

楊樂

（北京國電電力新能源技術有限公司，北京 102200）

光伏發電和風力發電具有無污染特點，是當前推動能源轉型的重要方式。隨著風、光電容量的提高，對電力系統運行調度提出了更高要求。但通過應用儲能技術，能夠有效改善電能質量，因此，探析該技術的應用方法是十分必要的。

1 規模化儲能相關概述

規模化儲能主要是指將電能進行一定規模的儲存，目前，規模化儲能技術主要分為物理儲能、電化學儲能以及電磁儲能，不同儲能方式具有不同特點與適用場合。對于物理儲能，在成本和技術成熟性方面具有較大優勢，主要包括抽水蓄能、飛輪儲能以及壓縮空氣儲能，能夠對電網穩定性、暫態/動態、頻率等方面進行有效控制。對于電化學儲能，主要包括鈉硫、液流、鉛酸、鉛碳以及鋰離子電池，不僅使用方便，整體響應時間也較快，具有較強靈活性。主要應用于風、光發電儲能、改善電能質量、UPS等方面。對于電磁儲能而言，主要包括超導電磁和超級電容器儲能，雖然成本較高但響應較快，主要應用于電能質量控制和UPS等方面，仍處于發展階段。

2 研究風、光發電項目中規模化儲能的應用現狀

從目前來看，規模化儲能技術在風、光發電項目中的研究主要包括風、光儲系統集成、發電與儲能容量配置、平抑能力、儲能系統監測以及儲能系統能量優化控制等方面。2017年，我國發展改革委發布了有關儲能技術的指導意見，意味著儲能行業走入大規模發展道路，目前，已落實40多個儲能示范項目，在張北、遼寧等地建成了規模化儲能電站。由此可見，風、光發電項目中，規模化儲能的應用越發廣泛，且具有極強的應用發展前景。就目前現狀來看，風、光發電項目中規模化儲能應用過程中所使用的關鍵技術主要有：（1）系統建模、儲能單元以及物理平臺的優化配置；（2）對儲能系統剩余電量的估算技術以及有效控制充放電優化管理控制方法；（3）有效優化風、光發電系統儲能單元能量管理控制策略。

3 論析風、光發電項目中規模化儲能的應用方法

3.1 應用思路

在將規模化儲能應用于風、光發電項目時，應明確應用思路，即對光伏陣列、風電機組以及儲能系統的能量轉換過程和原理進行分析，并以Matlab/Simulink仿真平臺為基礎構建各系統功率輸出等效仿真模型，根據實際情況構建配置方案，實現多目標聯合優化模型的順利建立。在對建模方案進行制定時，主要運用間接組合建模形式進行，并以各系統、機組等方面特性為基礎，采用等值方法將構建的單元級模型應用于聚合建模中，實現并網，最后在公共連接點對電網的動態特征進行掌握，實現規模化儲能在風、光發電項目中的有效應用。即落實單元級-電站級-聯合發電系統的間接組合建模思路，并將其應用于聯合建模中，切實提升電站電量收益。

3.2 制定系統等效模型

在將規模化儲能應用于風、光發電項目時，需要建立各系統等效模型，主要包括儲能系統和風、光發電系統，在對其進行建模時，主要采用間接組合建模思路，對三個系統的特征模型進行分別建立。首先，建立風力發電機組模型。在對該模型進行建立時，主要面向雙饋風機進行設計，分別使用齒輪箍、集電線路對單組風電機組模型進行構建；其次，建模光伏發電單元，主要包括DC/AC逆變器模擬、光伏陣列模型以及數據接口；最后，建模儲能單元，主要使用儲能電池組模型、數據接口以及DC/AC換流器模型。

在建立系統模型后，為使各個系統能夠順利運作，避免沒必要的煩瑣仿真計算，可以采取等值方法對各系統等值模型進行建立。在建立等值模型時，主要對主變壓器、集電線路以及機組和單元變壓器進行構建，以風電場為例。（1）使用變壓器模型進行并網；（2）由于是大規模儲能，風電場規模和場內集電線路規模相對較大，為此，需要合理布置集電線路，保證線路的等值。值得注意的是，該等值方法需要滿足兩個關鍵點，具體為：①若是兩風電機組的連接饋線長度在1000m以內，則意味著電壓跌落較小，風電機組機端電壓幅值需相等；②無論是風電機組自身還是機端并聯電容器，均具有勵磁能力，所以，需要保證各風電機組功率因素一致。在滿足上述兩個關鍵點后，可以獲得集電線路總損耗，當線路長度為1時，則每項參數為：R=r1l(Ω)、X=r1l(Ω)、G=g1l(Ω)、B=b1l(Ω)，其中，R、X、G、B分別為總電阻、總電抗、總電導以及總電納。通過對其進行計算，能夠掌握總損耗，進而保證集電線路布置的科學合理性。（3）對機組和單元變壓器進行設計，通過使用倍乘方式能夠實現其等效。對于單元變壓器等效模型而言，主要應用n臺變壓器進行并聯，而機組的等值模型則需要對n臺機組線性倍乘實現，該環節，儲能電站和光伏電站與其相似。最后，對影響并網特性主要因素的集電線路、機組、主變壓器以及單元變壓器進行考慮，得到等效模型。具體模型如圖1所示。

圖1 等值模型

3.3 制定發電功率波動特性平抑策略

在風、光發電項目中應用規模化儲能技術時，應使用時間序列分析法以及概率統計分析法分析有功功率波動特性，值得注意的是，應以風電場實際運行數據為基礎，并結合光伏發電能量、風力發電能力的轉換過程，獲取處理變動率、容量系數等指標，進而科學、合理評價不同光照水平、風速條件下最大功率追蹤能力以及輸出功率波動特性，得到其量化評價，進而制定出能夠有效平抑風、光發電項功率波動特性的策略，保證規模化儲能在風、光發電項目中的應用實效性。

以20MWp光伏電站為例，通過使用以上建模方法，能夠獲得以下曲線數據，儲能系統削峰填谷曲線如圖2所示，儲能系統平衡電站出力曲線如圖3所示。

圖2 削峰填谷曲線

圖3 平衡電站出力曲線

以此為基礎，對系統容量配置與預測功率優化方案進行制定，并根據規模化儲能技術特性將功率匹配最佳、成本降低以及提高輸出功率平滑度作為方案制定目標，通過落實就近平衡原則，實現儲能系統容量配置方案的合理制定，進一步提升規模化儲能在風、光發電項目中的應用效果。在實際平抑過程中，應分別掌握風、光兩方面數據，進而對儲能電池充放電策略進行調整、對功率預測進行優化，并以濾波器幅頻特性為基礎進行平滑處理，對離散點的功率走勢進行平滑處理，優化平滑效果。為實現該優化方案，應對風、光儲聯合發電系統的運行狀態進行控制，尤其在不同模式下，進而實現能量控制策略。主要是對儲能裝置電量約束和功率出力條件進行綜合考量，引入光功率預測技術和風功率預測技術，實現儲能系統的有效控制。之后，對系統的計劃處理與中處理相匹配程度進行量化，使其形成指標，以提高輸出功率平滑度為主要目標對遞進區間控制函數進行構建，實現對目標函數的有效優化。最后，結合實際情況對能夠優化儲能控制的數學模型進行建立，并結合仿真與物理模擬方法對儲能電站動態控制進行有效優化，從各個方面提高風、光發電項目中規模化儲能的應用效果。

例如，在光伏電站增加儲能裝置，通過該裝置提高光伏發電輸出功率波動的平滑性，保證其波動率在設定值之內。同時，調節儲能系統，對電站發電計劃跟蹤能力進行強化，在滿足有關部門要求的同時對棄光電量進行有效降低，實現能耗和成本的降低。通過使用規模化儲能，并構建相關系統與模型，能夠依托性能穩定的電化學儲能系統對光伏電站反調峰性進行有效降低，進一步減少棄電，實現電能的有效遷移和雙向轉換，為建設綠色低碳生態系統提供助力，促進風、光發電事業的可持續發展。

4 結語

綜上所述，規模化儲能技術在風、光發電項目的應用對降低成本、保證電力質量等方面具有極強的現實意義。因此，相關企業應深入研究規模化儲能基礎，通過構建等值模型、制定平抑策略等方法提升應用效果，促進電力事業健康發展。