風儲系統(tǒng)能量監(jiān)控系統(tǒng)研究綜述

【摘要】清潔能源的利用已經(jīng)成為當今世界能源利用的必然趨勢，而風力發(fā)電更因為風資源分布廣泛和易于獲得而得到全球范圍的推廣應用。但由于風資源的不可控性和不可預見性，風電對電網(wǎng)的影響隨風電裝機容量占電網(wǎng)容量比重的日益增長而日趨明顯。目前最熱門的解決方法即利用儲能系統(tǒng)來平抑風電的出力波動。本文即對目前國內外對風儲合成系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進行了介紹，同時分析了應用于風儲系統(tǒng)控制的諸多算法利弊，探討了研發(fā)風儲系統(tǒng)能量監(jiān)控系統(tǒng)研究的重要性和可行性。

【關鍵詞】風儲合成；監(jiān)控系統(tǒng)；智能控制；精確預報

1.引言

為解決全球日益嚴峻的能源短缺和環(huán)境污染問題，風電這種清潔能源的大規(guī)模并網(wǎng)利用成為大勢所趨。然而風電出力的波動性大（如圖1所示）與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行形成矛盾，致使風電的大規(guī)模并網(wǎng)利用遭遇困難。隨著儲能技術的發(fā)展，其在風電并網(wǎng)技術中已經(jīng)占有了不容忽視的地位，也是近年來平抑風電出力波動，減小風電對電網(wǎng)影響等方面的主流方法。故而將儲能技術應用于實際的研究工作顯得尤為緊迫。國際僅美國等少數(shù)發(fā)達國家等建成了小規(guī)模的含儲能裝置的并網(wǎng)風電場。我國也在積極改善新能源發(fā)電特性及提高源網(wǎng)協(xié)調性能?？梢婏L儲系統(tǒng)能量監(jiān)控系統(tǒng)方面的研究急待深入開展，對清潔能源的大規(guī)模并網(wǎng)應用和調度控制具有重要意義。

2.風儲系統(tǒng)仿真模型的研究

在風儲系統(tǒng)仿真模型搭建方面，文獻[1]建立了基于等效電路的超級電容器儲能系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型，在Matlab的Simulink環(huán)境下對采用串并聯(lián)型超級電容器儲能系統(tǒng)對并網(wǎng)風力發(fā)電機組的電能質量和穩(wěn)定性問題進行仿真。文獻[2]利用理想電容器與阻值較小的電阻相串聯(lián)的形式，建立了超級電容器簡化等效模型。并在其基礎上在電力系統(tǒng)分析軟件PSCAD/EMTDC軟件中搭建了仿真模型，仿真研究了超級電容器對并網(wǎng)風電場穩(wěn)定性的影響。

由上述文獻可見，國內外雖然對超級電容器、飛輪儲能、電池儲能等儲能裝置的建模及基于常規(guī)電力系統(tǒng)分析軟件的仿真平臺構建方面進行了很多研究，但是這些研究基本上都只搭建了儲能系統(tǒng)的仿真模型，或含儲能裝置的風儲系統(tǒng)的仿真模型。鮮有利用實際儲能電池裝置結合軟件搭建風儲系統(tǒng)進行并網(wǎng)仿真實驗研究的做法。

3.風儲合成出力目標及相關算法研究

在風儲系統(tǒng)合成出力目標方面，文獻[3]利用NaS電池儲能系統(tǒng)補償風電短期出力預報誤差，這種方法由于沒有解決風電出力波動特性與電網(wǎng)需求的矛盾，還是難以解決風電大規(guī)模并網(wǎng)后系統(tǒng)調峰困難等矛盾。文獻[4]利用釩電池儲能系統(tǒng)抑制風電功率波動在一定幅度內?？梢妵鴥韧庠陲L儲合成出力目標研究方面一般關注平抑風出力波動和精確風出力預報兩個方面。

針對不同的合成出力目標，國內外學者研發(fā)了不同的風儲系統(tǒng)控制算法。其中，文獻[5]提出了一種基于H∞控制器的控制方法，可以在保證平滑風電出力波動的前提下，令儲能裝置容量配置最小化。該方法對風電比例較高的電網(wǎng)的風儲系統(tǒng)能量監(jiān)控系統(tǒng)的研究具有一定意義。文獻[6]利用模糊邏輯設計一種新型風儲系統(tǒng)控制算法，可以有效控制蓄電池剩余電量保持在規(guī)定范圍之內，防止電池過充或過放，延長了儲能裝置壽命。文獻[7]建立兩種控制策略，一種是自適應PID控制方法，另一種是基于暫態(tài)能量的控制方法，為這兩種控制策略對電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的影響進行比較。文獻[8]研究了PID控制器在超導儲能裝置中的應用，探索了新的儲能裝置控制策略。如以上文獻所述，在風儲系統(tǒng)控制算法方面，國內外研究中較為常用和成熟的算法主要有PID、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡等。他們在減小儲能裝置容量配置，限制儲能裝置剩余電量和平抑風電波動等方面各有長處。

4.總結

總之，基于儲能技術來解決風電并網(wǎng)問題的領域所涉及的建模、合成目標出力、控制算法和風儲監(jiān)控界面編制等方面的研究還不夠完善，結合實際儲能裝置進行仿真的研究基本為空白。因此本文在對上述文獻進行深入研究后認為，針對風儲系統(tǒng)能量監(jiān)控系統(tǒng)的研究是非常必要的。

參考文獻

[1]張步涵，曾杰，毛承雄，王云玲.串并聯(lián)型超級電容器儲能系統(tǒng)在風力發(fā)電中的應用[J].電力自動化設備，2008， 28（4）：1-4.

[2]Spyker R L，Nelms R M，Classical equivalent circuit parameters for a double-layer capacitor[J].IEEE Trans on Aerospace and Electric Systems，2000，36（3）：829-836.

[3]Arefeh Danesh Shakib.“Energy Storage Design and Optimization for Power System with Wind Feeding”.European Wind Energy Conference EWEC 2006，Athena，Greek，Session B3，2010，10（4）.54-59.

[4]畢大強.葛寶明.王文亮.柴建云.基于釩電池儲能系統(tǒng)的風電場并網(wǎng)功率控制[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34（13）： 72-78.

[5]Tomonobu Senjyu，Yasuaki Kikunaga，Atsushi Yona， Coordinate Control of Wind Turbine and Battery in Wind Power Generator System[J].Power and Energy Society General Meeting-Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century，IEEE 2008，Date：20-24 July 2008.

[6]Xiangjun Li，Nan Li，Xuecui Jia，Dong Hui，F(xiàn)uzzy logic based smoothing control of Wind/PV generation output fluctuations with battery energy storage system.Electrical Machines and Systems，IEEE 2011，Date：20-23 Aug.2011.

[7]姚濤，唐躍進.超導磁能裝置控制策略研究[D].華中科技大學.

[8]彭曉濤，程時杰，王少榮，唐躍進.非線性PID控制器在超導磁儲能裝置中的應用[J].電力自動化設備，2004， 24（11）：62-66.