基于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑風(fēng)電場(chǎng)波動(dòng)功率研究

趙飛，許劍，2，徐玉杰，2，劉芽，陳海生，2，譚春青，2（.鄂爾多斯大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)研究所，內(nèi)蒙古鄂爾多斯07000；2.中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所，北京0090）

基于復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑風(fēng)電場(chǎng)波動(dòng)功率研究

趙飛1，許劍1，2，徐玉杰1，2，劉芽1，陳海生1，2，譚春青1，2
（1.鄂爾多斯大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)研究所，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000；2.中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所，北京100190）

由于風(fēng)能的不穩(wěn)定性，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率帶有波動(dòng)性和間歇性，某種程度上導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)難以及“棄風(fēng)限電”等問(wèn)題。依據(jù)風(fēng)電輸出功率波動(dòng)特性，提出由先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能和釩液流電池組成的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于平抑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)。并通過(guò)模擬仿真驗(yàn)證了釩液流電池對(duì)風(fēng)電場(chǎng)側(cè)快速波動(dòng)功率的補(bǔ)償和平抑具有良好效果。結(jié)果表明，先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具備大功率大容量特性的同時(shí)，適合應(yīng)用在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)側(cè)調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率。

復(fù)合儲(chǔ)能；風(fēng)力發(fā)電；波動(dòng)功率；電能質(zhì)量

隨著環(huán)境問(wèn)題日益突出和能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型加快，風(fēng)能利用在我國(guó)快速發(fā)展。但是，由于風(fēng)能的不穩(wěn)定性以及目前電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電消納能力不足，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)容量占電網(wǎng)總發(fā)電容量比例一般為15%～20%[1]。因此，一方面需要通過(guò)優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度、建立外送通道提高風(fēng)電消納能力；另一方面有必要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出的電能質(zhì)量進(jìn)行改善，減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)，已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外學(xué)者公認(rèn)為改善風(fēng)電電能品質(zhì)的有效手段之一[2-3]。文獻(xiàn)[4-7]分別介紹釩液流電池、超級(jí)電容器、飛輪儲(chǔ)能以及超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)，并研究?jī)?chǔ)能系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)波動(dòng)功率平抑。但是，利用單一儲(chǔ)能技術(shù)無(wú)法全面滿足電網(wǎng)對(duì)風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性能源接納需求[8]。利用不同儲(chǔ)能裝置技術(shù)特點(diǎn)的互補(bǔ)性，通過(guò)建立復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)可以大幅度提高風(fēng)電場(chǎng)輸出品質(zhì)，提高風(fēng)電利用率。

釩液流電池具有響應(yīng)速度快、可瞬間啟動(dòng)、充電和放電狀態(tài)切換快速、充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是目前成本仍較高，規(guī)模仍然受儲(chǔ)能容量和功率的限制[9]。壓縮空氣儲(chǔ)能是繼抽水蓄能后又一可以做到大容量大功率的儲(chǔ)能裝置[10]。鑒于二者特點(diǎn)的互補(bǔ)性以及提高風(fēng)電場(chǎng)輸出功率品質(zhì)對(duì)儲(chǔ)能多樣性的需求，本文采用釩液流電池/先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能耦合的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，平滑和調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率。利用Matlab-Simulink軟件建立風(fēng)電場(chǎng)、功率變換器和儲(chǔ)能系統(tǒng)模型進(jìn)行建模仿真，并對(duì)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，驗(yàn)證復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)波動(dòng)功率平抑效果。

1　釩夜流儲(chǔ)能電池簡(jiǎn)介

圖1所示為釩液流電池工作原理圖。電池充放電過(guò)程時(shí)的化學(xué)反應(yīng)表示為

圖1　釩液流電池工作原理Fig.1　VRB operating principle

電池的荷電狀態(tài)（SOC）和活性化學(xué)物質(zhì)數(shù)量決定電池的總?cè)萘?，電池功率和電池堆體中電極面積成正比。

[1，11]的建模仿真方法，利用Matlab-Simulink對(duì)釩液流電池進(jìn)行建模仿真。圖2所示為釩液流電池等效電路模型：用一個(gè)動(dòng)態(tài)更新的變量等效電池的荷電狀態(tài)（SOC），用來(lái)反映電池的剩余容量，其數(shù)值上定義為剩余容量占電池容量的比值；受SOC和單體電池?cái)?shù)量（n）影響的受控電壓源等效電池堆體電動(dòng)勢(shì)；由電池堆體電流Istack和SOC決定的泵損電流Ipump控制一個(gè)受控電流源，用于等效泵升損耗；電池反應(yīng)過(guò)程中的內(nèi)部功率損耗等效為電阻Rresistive和Rreactor損耗，外部寄生電阻損耗包括固定電阻Rfixed損耗和泵損Ppump。釩液電池的荷電狀態(tài)SOC定義為

式中：SOCt和SOCt-1分別為t和t-1時(shí)刻的荷電狀態(tài)；ΔSOC為一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的荷電狀態(tài)變化量。電池輸出功率和寄生損耗計(jì)算以及單體電池和SOC的關(guān)系可參照文獻(xiàn)[1]。

根據(jù)圖2模型對(duì)釩液流電池進(jìn)行仿真并計(jì)算其充放電特性，如圖3、圖4所示。仿真模型參數(shù)：額定功率為1.3 MW；額定儲(chǔ)能容量為1.3 MW·h；電池端電壓變化范圍為1 330～1 470 V；充電電流為936 A，放電電流為1 020 A；單體電池?cái)?shù)n為1 000；電阻Rfixed阻值為93.4 Ω，電阻Rresistive阻值為0.179 Ω，電阻Rreaction阻值為0.269 Ω。

圖2　釩液流電池等效電路模型Fig.2　Equivalent model of VRB

圖3　充放電狀態(tài)下電流與電壓變化Fig.3　The VRB voltage and current

圖4　SOC在1個(gè)充放電周期變化Fig.4　SOC variation during a charge-discharge cycle

圖3為釩液流電池在充放電過(guò)程中電流和電壓變化情況，圖4為釩液流電池在一個(gè)充放電周期內(nèi)SOC變化情況，充電時(shí)間為3 923 s，放電時(shí)間為3 600 s。為避免釩液流電池在工作中過(guò)充和過(guò)放問(wèn)題，電池的SOC值一般控制在0.2～0.8范圍內(nèi)。圖3、圖4表明模型的充放電電流電壓和SOC能夠達(dá)到對(duì)釩液流電池的仿真要求。

2　先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)

先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)主要組成部分包括：電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、渦輪、蓄熱/換熱器、蓄冷/換熱器、低溫儲(chǔ)罐以及控制系統(tǒng)，如圖5所示。電動(dòng)機(jī)利用過(guò)剩的電力帶動(dòng)多級(jí)壓縮機(jī)將空氣進(jìn)行壓縮，利用蓄熱/換熱器儲(chǔ)存氣體壓縮過(guò)程中的排熱以提高系統(tǒng)效率，高壓空氣經(jīng)過(guò)蓄冷/換熱器后儲(chǔ)存在低溫儲(chǔ)罐中，完成儲(chǔ)能過(guò)程；風(fēng)電出力不足時(shí)，低溫高壓空氣經(jīng)過(guò)低溫泵抽送到蓄冷/換熱器和蓄熱/換熱器進(jìn)行升溫，通過(guò)渦輪對(duì)外做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，提供穩(wěn)定電力，完成釋能過(guò)程，具有規(guī)模大、無(wú)污染、儲(chǔ)能周期長(zhǎng)和不受地理?xiàng)l件限制等優(yōu)點(diǎn)[12-14]。

圖5　先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)流程示意圖Fig.5　Flow chart of an advanced compressed air energy storage system

3　儲(chǔ)能系統(tǒng)與風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)耦合

3.1復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略

基于先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)和釩液流電池復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)側(cè)，以其快速充放電特性作為快速補(bǔ)償裝置平抑風(fēng)電場(chǎng)輸出波動(dòng)功率中的高頻成分，滿足風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)要求。先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)側(cè)，平抑波動(dòng)功率中的低頻成分，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能和技術(shù)性能。同時(shí)，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)作為主要儲(chǔ)能裝置對(duì)過(guò)剩風(fēng)電電能進(jìn)行存儲(chǔ)，在風(fēng)電出力不足時(shí)進(jìn)行釋能補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)。

圖6中：Pwind為風(fēng)電場(chǎng)輸出功率；Pb為釩液流電池輸出功率；PT1為經(jīng)過(guò)釩液流電池平抑后的風(fēng)電場(chǎng)輸出功率；PCAES為先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率；PT2為經(jīng)過(guò)復(fù)合儲(chǔ)能平抑后的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)功率。

圖6　風(fēng)電復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)Fig.6　Hybrid energy storage system for wind farms

如圖7所示為復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略框圖，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率Pw通過(guò)一階低通濾波器（濾波時(shí)間常數(shù)T1）得到經(jīng)過(guò)風(fēng)電場(chǎng)側(cè)釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)補(bǔ)償后輸出功率的參考值，控制風(fēng)電場(chǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電過(guò)程，得到經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑后的功率PT1；PT1經(jīng)過(guò)第二個(gè)一階低通濾波器（濾波時(shí)間常數(shù)T2）得到經(jīng)過(guò)電網(wǎng)側(cè)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)補(bǔ)償后輸出功率的參考值，控制壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能釋能過(guò)程，最終得到經(jīng)過(guò)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑后的并網(wǎng)功率PT2。調(diào)節(jié)濾波時(shí)間常數(shù)T1和T2的大小，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)波動(dòng)功率的分頻平滑控制。

圖7　復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略Fig.7　Control method for hybrid energy storage system

風(fēng)電場(chǎng)和復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率關(guān)系為

分別由式（5）、式（7）和式（6）、式（8）得出儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率為

對(duì)式（5）和式（6）離散化分析，設(shè)t為控制周期，在tk=kt（k=1，2，…，n）時(shí)刻有：

解得

由式（13）（14）可知在tk時(shí)刻，經(jīng)過(guò)釩液流電池平滑后的功率PT1（k）由tk時(shí)刻風(fēng)電場(chǎng)功率PW（k）、時(shí)間常數(shù)T1和前一時(shí)刻PT1（k-1）決定。PT1（k）和PT1（k-1）的差值隨T1增大而減小，即時(shí)間常數(shù)越大，功率變化越小，波動(dòng)功率平滑效果越好，PT2（k）同理。因此，合理的配置T1和T2關(guān)系到波動(dòng)功率平抑效果、儲(chǔ)能系統(tǒng)容量和功率以及投資成本。

3.2AC/DC并網(wǎng)變換器控制

釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)采用AC/DC功率雙向變換器并網(wǎng)，利用直接功率控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)功率變換器的控制。其結(jié)構(gòu)如圖8所示，包括：直流側(cè)電壓誤差調(diào)節(jié)器、瞬時(shí)功率計(jì)算環(huán)節(jié)、滯環(huán)比較器、矢量位置鑒別器和開(kāi)關(guān)矢量表。

圖8　AC/DC變換器控制策略框圖Fig.8　Control diagram of AC/DC converter

兩相靜止坐標(biāo)下的瞬時(shí)功率計(jì)算為：

式中：p、q分別為功率變換器輸出的有功功率和無(wú)功功率；iα、iβ分別為變換器交流側(cè)電流的α、β軸分量；uα、uβ分別為變換器交流的電壓的α、β軸分量；L和R為變換器內(nèi)部電感和電阻。穩(wěn)態(tài)時(shí)，，實(shí)現(xiàn)p、q的解耦控制。圖8中為變換器直流側(cè)電壓參考值；Udc為液流電池端電壓；PI為比例積分控制器。通過(guò)對(duì)AC/DC變換器的控制可以實(shí)現(xiàn)液流電池和風(fēng)電場(chǎng)之間的能量交換。

4　仿真計(jì)算

4.1釩液流電池與風(fēng)電場(chǎng)耦合運(yùn)行仿真

在Matlab/Simulink仿真軟件的環(huán)境下搭建39 MW風(fēng)電場(chǎng)模型和10 MW釩液流電池模型，通過(guò)AC/DC變換器實(shí)現(xiàn)耦合建模，模擬并驗(yàn)證釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出波動(dòng)功率的平抑效果。風(fēng)電場(chǎng)額定輸出功率為39 MW，由26臺(tái)1.5 MW級(jí)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成。釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)額定輸出功率為10 MW，額定儲(chǔ)能容量為1 MW·h，仿真時(shí)間為120 s。

圖9為利用組合風(fēng)速數(shù)學(xué)模型[15]建模輸出的風(fēng)速變化曲線，圖10為風(fēng)電場(chǎng)功率平抑輸出曲線。Pwind為風(fēng)電場(chǎng)模型在輸入圖9風(fēng)速數(shù)據(jù)后輸出的風(fēng)電場(chǎng)輸出功率；PT1為通過(guò)釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑后的風(fēng)電場(chǎng)輸出功率；Pb為儲(chǔ)能系統(tǒng)在平抑過(guò)程中吞吐功率曲線，Pb為負(fù)時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)，Pb為正時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)。

圖9　組合風(fēng)速仿真曲線Fig.9　Simulation curve of the combined wind speed

圖10　風(fēng)電功率平抑效果示意圖Fig.10　Smoothed wind power with VRB

圖11為釩液流電池在充放電過(guò)程中SOC的變化狀態(tài)，反映電池在工作過(guò)程中儲(chǔ)存電量的變化，為滿足仿真需求，SOC的初始值設(shè)為0.5。儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑前瞬時(shí)波動(dòng)功率幅值最大值為15 MW，在儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑之后，風(fēng)電場(chǎng)瞬時(shí)波動(dòng)功率幅值最大值為5.5 MW，波動(dòng)減小63%。

圖11　釩液流電池的SOCFig.11　SOC of VRB

4.2實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算

如圖12所示為某39 MW風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)，圖12（a）為風(fēng)速數(shù)據(jù)，圖12（b）為實(shí)際輸出功率數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為13 175 min，采集頻率為15 min/次。圖13（a）為輸出功率的15 min級(jí)波動(dòng)變化率，在15 min內(nèi)功率波動(dòng)最高可達(dá)33 MW，波動(dòng)功率變化主要分布在10 MW范圍內(nèi)，不定期會(huì)出現(xiàn)大功率變化。圖13（b）為輸出功率頻譜特性曲線，研究表明大于0.01 Hz的功率波動(dòng)成分會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成影響，平抑并減少大于0.01 Hz的高頻波動(dòng)成分是必要的[15-16]。

圖12　39MW風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè)風(fēng)速和功率Fig.12　Measured wind speed and output power of 39 MW wind farm

在圖14中，PT1為風(fēng)電場(chǎng)輸出功率在經(jīng)過(guò)風(fēng)電場(chǎng)側(cè)釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑后的功率變化曲線，低通濾波器的時(shí)間常數(shù)T1的大小決定儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)波動(dòng)功率的平抑效果，這里時(shí)間常數(shù)取值為T(mén)1=1 h，目的在于平抑小時(shí)級(jí)的波動(dòng)功率；圖15（a）為釩液流電池在T1=1 h時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)吞吐功率變化，圖15（b）為其儲(chǔ)存能量的變化，容易看出電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要發(fā)揮充放電速度快的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行頻繁的充放電對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出波動(dòng)功率進(jìn)行快速補(bǔ)償，要達(dá)到圖13的平抑效果對(duì)電池的功率要求大，而對(duì)電池的容量要求小，因此，釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要作為功率補(bǔ)償裝置應(yīng)用在風(fēng)電場(chǎng)側(cè)。

圖13　輸出功率的波動(dòng)率和頻譜特性Fig.13　Fluctuation spectrum and fluctuation rate of wind farm output power

圖14　VRB平抑后的功率曲線Fig.14　Smoothed wind power with VRB

圖15　VRB功率和容量變化曲線Fig.15　Changing curve of the VRB output power and storage capacity

圖16中，PT2為PT1在經(jīng)過(guò)電網(wǎng)側(cè)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑后的功率變化曲線，低通濾波器的時(shí)間常數(shù)取值為T(mén)2=24 h，目的在于平抑24 h級(jí)的波動(dòng)功率；圖17（a）為先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)吞吐功率變化，圖17（b）為先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)能量的變化情況。電網(wǎng)側(cè)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)與風(fēng)電場(chǎng)側(cè)電池儲(chǔ)能相比，充放電頻率明顯要小很多，符合壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)分鐘級(jí)的響應(yīng)時(shí)間要求；先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)因其大容量大功率的特點(diǎn)，適合作為主要的儲(chǔ)能裝置應(yīng)用于電網(wǎng)側(cè)。

圖16　CAES平抑后的功率曲線Fig.16　Smoothed wind power with CAES

圖17　CAES功率和容量變化曲線Fig.17　Changing curve of the CAES output power and storage capacity

圖18所示為24 h中風(fēng)電功率Pwind、經(jīng)液流電池平抑后的功率PT1以及并網(wǎng)功率PT2。圖19為相同時(shí)間段中對(duì)釩液流儲(chǔ)能電池和壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率和容量需求。

圖20所示為經(jīng)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑前后，Pwind、PT1和PT2的頻譜特性分析，PT1與Pwind相比，從0.1 Hz開(kāi)始發(fā)生明顯減小趨勢(shì)，因此釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要平抑波動(dòng)功率大于0.1 Hz的高頻成分；PT2與PT1相比，從0.02 Hz開(kāi)始發(fā)生明顯減小趨勢(shì)，說(shuō)明先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠平抑0.02～0.6 Hz之間較低頻成分；PT2與Pwind相比，大于0.01 Hz中的波動(dòng)成分經(jīng)過(guò)復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)可以得到明顯的平抑，從而減小風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)波動(dòng)功率對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。

圖18　24h中Pwind、PT1和PT2變化Fig.18　Changing curve of Pwind，PT1and PT2in 24 hours

圖19　24h中儲(chǔ)能系統(tǒng)功率和容量變化Fig.19　Changing curve of the energy storage system output power and storage capacity in 24 hours

圖20　頻譜特性曲線變化Fig.20　Changing curve of wind farm output power spectrum

5　結(jié)語(yǔ)

本文在仿真分析釩液流電池充放電特性的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)AC/DC功率變換器的設(shè)計(jì)和控制，完成釩液流電池與風(fēng)電場(chǎng)的耦合和功率調(diào)節(jié)，驗(yàn)證釩液流電池對(duì)風(fēng)電場(chǎng)側(cè)快速波動(dòng)功率的補(bǔ)償和平抑具有良好效果。先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具備大功率大容量特性的同時(shí)，適合應(yīng)用在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)側(cè)調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率。在由2個(gè)低通濾波器組成的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上，對(duì)某39 MW風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明釩液流電池在風(fēng)電場(chǎng)側(cè)完成對(duì)高頻波動(dòng)成分（大于0.1 Hz）的平抑、壓縮空氣儲(chǔ)能對(duì)低頻波動(dòng)成分（0.02到0.6 Hz）的平抑有較好效果，驗(yàn)證了復(fù)合儲(chǔ)能對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出電力品質(zhì)的提升效果，有望解決風(fēng)電場(chǎng)輸出的不穩(wěn)定性導(dǎo)致的并網(wǎng)難以及“棄風(fēng)限電”問(wèn)題。

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（編輯董小兵）

Research on Smoothing Wind Power Fluctuations Based on Hybrid Energy Storage System

ZHAO Fei1，XU Jian1，2，XU Yujie1，2，LIU Ya1，CHEN Haisheng1，2，TAN Chunqing1，2
（1.Ordos Institute of Large-Scale Energy Storage Technology，Ordos 017000，Inner Mongolia，China；2.Institute of Engineering Thermophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China）

Instability，intermittence and fluctuation of wind energy often results in adverse impacts on grid connection and wind power utilization.On the basis of an analysis of the fluctuation characteristics of wind power，this paper proposes a hybrid energy storage system composed of advanced compressed air energy storage（CAES）system and vanadium redox flow battery（VRB）to decrease power fluctuations in the wind farm. The energy storage strategy and simulation are designed based on mathematical models of the energy storage system.The simulation results show the VRB can be used to smooth rapid power fluctuations in the wind farm side.CAES with high power and large capacity is suitable to regulate the power output of wind farm in the grid side.

hybrid energy storage；wind power；power fluctuations；quality of electric energy

1674-3814（2015）07-0098-08中圖分類(lèi)號(hào)：TM911

A

2015-01-19。

趙飛（1988—），男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)榭刂萍夹g(shù)；

許劍（1983—），男，博士，助理研究員，主要研究方向?yàn)閮?chǔ)能與節(jié)能技術(shù)；

徐玉杰（1979—），女，博士，副研究員，主要研究方向?yàn)榕c環(huán)境相容的總能系統(tǒng)；

劉芽（1988—），女，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)闊峁y(cè)控；

陳海生（1977—），男，博士，研究員，主要研究方向?yàn)樾滦蛢?chǔ)能系統(tǒng)與材料、微型燃?xì)廨啓C(jī)等；

譚春青（1963—），男，博士，研究員，主要研究方向?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)等。