規(guī)?；瘍?chǔ)能在風(fēng)、光發(fā)電項(xiàng)目中的應(yīng)用探索

盧成志， 高林濤， 李 憶

(華電電力科學(xué)研究院有限公司，杭州 310007)

0 引 言

目前，全球可再生能源開(kāi)發(fā)利用規(guī)模不斷擴(kuò)大，應(yīng)用成本快速下降，發(fā)展可再生能源已成為全球推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的核心內(nèi)容和應(yīng)對(duì)氣候變化的重要途徑，也是中國(guó)推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命、推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的重要措施。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電具有無(wú)能源消耗、無(wú)排放和無(wú)污染的優(yōu)良特性，是可再生能源發(fā)展的重要方向，但同時(shí)存在顯著的間歇性、波動(dòng)性與不確定性等問(wèn)題。隨著風(fēng)、光電容量和滲透率的不斷提高，大規(guī)模風(fēng)電和光伏在帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的同時(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行產(chǎn)生巨大影響，參與調(diào)峰調(diào)頻也對(duì)電場(chǎng)的運(yùn)行調(diào)度提出更高的要求[1-5]。

將規(guī)?；膬?chǔ)能技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)、光等新能源發(fā)電領(lǐng)域，能夠有效提高發(fā)電的可控性和系統(tǒng)穩(wěn)定水平，改善電能質(zhì)量。儲(chǔ)能和風(fēng)、光發(fā)電相結(jié)合對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻，提高供電可靠性和主動(dòng)參與電力市場(chǎng)服務(wù)等方面具有重要作用。開(kāi)展電能存儲(chǔ)在風(fēng)、光發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光發(fā)電由“剛性、不可控”向“柔性、可控”的轉(zhuǎn)變，是積極應(yīng)對(duì)風(fēng)、光發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題的重要舉措，對(duì)提高風(fēng)、光發(fā)電利用水平與促進(jìn)風(fēng)、光發(fā)電產(chǎn)業(yè)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義[6-8]。

1 儲(chǔ)能技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展與研究現(xiàn)狀

1.1.1 儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前全球儲(chǔ)能技術(shù)主要有物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能三大類(lèi)。這些儲(chǔ)能方式各具特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，相應(yīng)技術(shù)發(fā)展成熟度也有所不同，其發(fā)展現(xiàn)狀如表1所示。

1)物理儲(chǔ)能。物理儲(chǔ)能是儲(chǔ)能技術(shù)中發(fā)展最成熟的一類(lèi)，相比于化學(xué)及電磁儲(chǔ)能技術(shù)，物理儲(chǔ)能技術(shù)具有一定的技術(shù)和成本優(yōu)勢(shì)。其中，抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)大功率、大容量電能儲(chǔ)存，但是受地理環(huán)境和地質(zhì)條件的限制，對(duì)場(chǎng)址要求高；而飛輪儲(chǔ)能具有功率控制響應(yīng)速度快、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、維護(hù)成本低、安全性高和綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，與風(fēng)、光發(fā)電相結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)超發(fā)電量的高效存儲(chǔ)，對(duì)降低棄電率、平抑負(fù)荷波動(dòng)、緩解電站調(diào)峰、調(diào)頻壓力等有著顯著的作用。

2)電化學(xué)儲(chǔ)能。各類(lèi)電化學(xué)儲(chǔ)能由于使用方便、響應(yīng)時(shí)間快、選址配置靈活而成為現(xiàn)階段最受關(guān)注的儲(chǔ)能技術(shù)，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。目前可用于大型儲(chǔ)能電站的電池主要有鈉硫電池、液流電池、鉛碳電池和鋰離子電池等?；瘜W(xué)儲(chǔ)能具有效率高和功率特性好等優(yōu)勢(shì)，以運(yùn)行穩(wěn)定、成本可控的儲(chǔ)能技術(shù)，應(yīng)用于平滑出力曲線及提升發(fā)電有效利用小時(shí)數(shù)為目標(biāo)。進(jìn)一步提高儲(chǔ)能穩(wěn)定性、延長(zhǎng)使用壽命、降低儲(chǔ)能價(jià)格是化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向。此外，在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展新的儲(chǔ)能體系，如混合型超級(jí)電容器和液態(tài)金屬電池值得期待。

3)電磁儲(chǔ)能。電磁儲(chǔ)能主要分為超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能和超級(jí)電容器。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)反應(yīng)快、功率密度高，在電力系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用前景，但超導(dǎo)磁體繞制工藝、系統(tǒng)保護(hù)和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等因素都制約了超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能的發(fā)展。超級(jí)電容器具有比功率高、充放快、循環(huán)壽命長(zhǎng)、使用方便等優(yōu)勢(shì)，但成本較高，不利于在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用。目前超級(jí)電容器和超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能兩種類(lèi)型電磁儲(chǔ)能還處于小規(guī)模示范應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)室研究階段，距商業(yè)化仍需較長(zhǎng)的發(fā)展周期。

表1 儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.2 儲(chǔ)能技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)、光發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面[9-14]：

1)風(fēng)、光儲(chǔ)系統(tǒng)集成的研究。綜合考慮復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能，建立了反映復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)特性參數(shù)和成本特征的數(shù)學(xué)模型，相比于單純的發(fā)電系統(tǒng)模型更為經(jīng)濟(jì)可靠。

2)發(fā)電與儲(chǔ)能容量配置的研究。從系統(tǒng)供電可靠性，風(fēng)、光互補(bǔ)特性，發(fā)電功率波動(dòng)大小以及系統(tǒng)成本等角度出發(fā)，致力于提出合理配置復(fù)合儲(chǔ)能容量的方法。該研究不僅可以保證資源的合理有效利用，還可降低電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)等成本。

3)儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑能力的研究。針對(duì)風(fēng)、光發(fā)電存在不穩(wěn)定性的問(wèn)題，基于超短期功率預(yù)測(cè)，采用了超前控制策略對(duì)發(fā)電功率波動(dòng)進(jìn)行平滑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)短期發(fā)電功率的平抑。

4)風(fēng)、光儲(chǔ)系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化控制。風(fēng)、光儲(chǔ)系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化控制的相關(guān)研究致力于優(yōu)化控制算法，提出了聯(lián)合控制和場(chǎng)站控制等優(yōu)化模式，改善風(fēng)、光儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)功率輸出波動(dòng)特性。

5)風(fēng)、光儲(chǔ)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)研究。通過(guò)在風(fēng)、光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)中嵌入多種信息采集傳感器、信號(hào)采集硬件和PC 機(jī)，組成精度高、穩(wěn)定性好的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將采集的系統(tǒng)數(shù)據(jù)直觀化顯示，使系統(tǒng)控制過(guò)程更加易于監(jiān)測(cè)、記錄和分析。

1.2 儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，儲(chǔ)能技術(shù)已從實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模、小容量的示范應(yīng)用階段，進(jìn)入到大容量、大系統(tǒng)的商業(yè)應(yīng)用階段。根據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟(CNESA)全球儲(chǔ)能項(xiàng)目庫(kù)的不完全統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，全球新增投運(yùn)的電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目主要分布在39個(gè)國(guó)家和地區(qū)，裝機(jī)規(guī)模排名前十位的國(guó)家分別是韓國(guó)、中國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、澳大利亞、德國(guó)、日本、比利時(shí)、瑞士和加拿大，規(guī)模合計(jì)占2018年全球新增總規(guī)模的95.8%。國(guó)內(nèi)方面，已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模31.3 GW，同比增長(zhǎng)8.3%，占全球市場(chǎng)總規(guī)模的17.3%。各省的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能規(guī)劃累計(jì)規(guī)模超過(guò)1.4 GW，電網(wǎng)側(cè)將是中國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)最為熱門(mén)的應(yīng)用領(lǐng)域。

為加強(qiáng)中國(guó)電力儲(chǔ)能行業(yè)的儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)和智能技術(shù)制造升級(jí)，2017年國(guó)家發(fā)展改革委等五部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確“十三五”為儲(chǔ)能技術(shù)的商業(yè)化初期階段，到“十四五”，儲(chǔ)能行業(yè)將進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展階段。2019年7月，國(guó)家財(cái)政部等部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《2019—2020年儲(chǔ)能行動(dòng)計(jì)劃》，為推進(jìn)“十四五”儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展制定具體行動(dòng)計(jì)劃。2019年7月，新疆發(fā)展改革委發(fā)布《新疆第一批發(fā)電側(cè)光儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行試點(diǎn)項(xiàng)目清單》，項(xiàng)目總規(guī)模為221 MW/446 MW·h。目前，中國(guó)已有超過(guò)40個(gè)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，如國(guó)家電網(wǎng)公司在張北建成的張北風(fēng)光儲(chǔ)蓄輸電項(xiàng)目，遼寧電網(wǎng)在臥牛石風(fēng)電場(chǎng)建成的5 MW×2 h全釩液流電池儲(chǔ)能示范電站，中能智慧能源在甘肅瓜州建設(shè)的720 MW·h網(wǎng)域大規(guī)模儲(chǔ)能電站等。

2 關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)施方案

風(fēng)、光儲(chǔ)系統(tǒng)以提高風(fēng)、光發(fā)電出力平穩(wěn)性、運(yùn)行效率和資產(chǎn)利用率為總體目標(biāo)，重點(diǎn)開(kāi)展電能存儲(chǔ)在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用，以解決風(fēng)、光儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行方面存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，如不同類(lèi)型儲(chǔ)能方式及不同配置水平對(duì)風(fēng)、光發(fā)電系統(tǒng)中的互補(bǔ)能力不確定性，儲(chǔ)能單元充放電控制及協(xié)調(diào)困難以及風(fēng)、光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行控制目標(biāo)不明確等，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行合理的風(fēng)、光發(fā)電系統(tǒng)能量控制。

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

1)風(fēng)、光儲(chǔ)系統(tǒng)的建模與物理平臺(tái)建設(shè)及儲(chǔ)能單元的優(yōu)化配置。

2)儲(chǔ)能系統(tǒng)的剩余電量(State of Charge,SOC)估算及充放電優(yōu)化管理控制方法。

3)風(fēng)、光發(fā)電系統(tǒng)儲(chǔ)能單元能量管理控制優(yōu)化策略。

2.2 實(shí)施方案

2.2.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)等效模型的建立

通過(guò)分析風(fēng)電機(jī)組、光伏陣列和儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、發(fā)電原理和能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，基于Matlab/Simulink仿真平臺(tái)，在分別建立風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率輸出等效仿真模型的基礎(chǔ)上，建立風(fēng)、光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)等效仿真模型，研究風(fēng)力和光伏發(fā)電及儲(chǔ)能系統(tǒng)的不同配置方案，建立多目標(biāo)聯(lián)合優(yōu)化模型。

風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的建模方案可采用間接組合建模的思路，通過(guò)對(duì)各發(fā)電和儲(chǔ)能單元的動(dòng)態(tài)特性分析，分別建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏發(fā)電單元和儲(chǔ)能裝置的特征模型。然后通過(guò)一定的等值方法將單元級(jí)的模型應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站和儲(chǔ)能電站的聚合建模當(dāng)中，即得到若干臺(tái)“機(jī)”集聚后的場(chǎng)/電站模型。最終，風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站和儲(chǔ)能電站在公共連接點(diǎn)(Point of Common Coupling，PCC)匯集在一起實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，并且在PCC點(diǎn)對(duì)電網(wǎng)表現(xiàn)出整個(gè)風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的建模[15]。

2.2.1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建模

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組建模主要針對(duì)目前應(yīng)用最廣泛的雙饋風(fēng)機(jī)。雙饋風(fēng)機(jī)(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和等值電路如圖1所示。

2.2.1.2 光伏發(fā)電單元的建模

光伏發(fā)電單元的建模主要包括光伏陣列模型、DC/AC逆變器模型以及各部分之間的數(shù)據(jù)接口。大型并網(wǎng)光伏電站發(fā)電單元的總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.2.1.3 儲(chǔ)能單元的建模

儲(chǔ)能單元的建模主要包括儲(chǔ)能電池組模型、DC/AC換流器模型以及各部分之間的數(shù)據(jù)接口，其結(jié)構(gòu)和光伏發(fā)電單元的總體結(jié)構(gòu)比較相似。大型儲(chǔ)能電站的儲(chǔ)能單元的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2.1.4 等值方法

1)主變壓器。風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站和儲(chǔ)能電站都是由風(fēng)電機(jī)組、光伏發(fā)電單元和儲(chǔ)能單元等單個(gè)裝置積聚形成的綜合電站。在大型電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析中，針對(duì)每個(gè)單元建立模型來(lái)進(jìn)行仿真計(jì)算是煩瑣的，也是沒(méi)必要的，這就需要建立風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站和儲(chǔ)能電站的等值模型。

圖1 雙饋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)框圖

圖2 光伏發(fā)電單元框圖

圖3 儲(chǔ)能單元框圖

目前，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站、儲(chǔ)能電站并網(wǎng)特性影響較大的主要因素有機(jī)組、單元變壓器、集電線路和主變壓器，因此，等值方法[16-19]也主要考慮對(duì)這4個(gè)部分進(jìn)行研究，下文以風(fēng)電場(chǎng)等值為例介紹所提出的等值方法。

實(shí)際工程中，風(fēng)電場(chǎng)一般通過(guò)1臺(tái)或2臺(tái)主變壓器并網(wǎng)，因此，可以直接采用目前廣泛應(yīng)用的變壓器模型，如圖4所示。

圖4 變壓器等值模型

2)集電線路。對(duì)于大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，場(chǎng)內(nèi)的集電線路具有一定的規(guī)模，這對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)特性是有影響的，特別是風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的無(wú)功平衡方面，因此，在風(fēng)電場(chǎng)的建模中必須考慮風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)集電線路的等值。

對(duì)只有2臺(tái)風(fēng)機(jī)的簡(jiǎn)單集電線路進(jìn)行分析，如圖5所示。等值方法基于2點(diǎn)假設(shè)：

①由于兩風(fēng)電機(jī)組之間的連接饋線較短(一般不超過(guò)1 000 m) ，饋線上的電壓跌落很小，假設(shè)風(fēng)電機(jī)組的機(jī)端電壓幅值相等。

②由于機(jī)端并聯(lián)電容器組或風(fēng)電機(jī)組本身的勵(lì)磁能力，假設(shè)各風(fēng)電機(jī)組的功率因數(shù)相同。

利用以上假設(shè)可以得到集電線路的總損耗。當(dāng)線路長(zhǎng)度為l時(shí)，線路每相的總電阻、總電抗、總電導(dǎo)、總電納為

R=r1l(Ω)

X=x1l(Ω)

G=g1l(Ω)

B=b1l(Ω)

式中：R為總電阻；X為總電抗；G為總電導(dǎo)；B為總電納；l為線路長(zhǎng)度。

當(dāng)新線路長(zhǎng)度較短，線路電壓在35 kV及以下時(shí)，天氣晴朗時(shí)不發(fā)生電暈，線路電納的影響不大，可令b1=0。正常情況時(shí)，絕緣子泄露很小，可令g1=0。

圖5 集電線路等值模型

3)機(jī)組和單元變壓器。對(duì)單元變壓器和機(jī)組的等效采用倍乘的方法實(shí)現(xiàn)。單元變壓器的等效模型通過(guò)n臺(tái)變壓器的并聯(lián)得到，機(jī)組的等值模型通過(guò)n臺(tái)機(jī)組的線性倍乘得到。光伏電站和儲(chǔ)能電站的等效方法與風(fēng)電場(chǎng)的等效方法類(lèi)似。

通過(guò)考慮影響并網(wǎng)特性主要因素的等效(機(jī)組、單元變壓器、集電線路和主變壓器[20-23]) ，得到場(chǎng)/電站的等效模型，如圖6所示。

圖6 風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站和儲(chǔ)能電站等值模型

2.2.2 對(duì)風(fēng)電、光伏發(fā)電功率波動(dòng)特性有效的平抑策略的制定

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)多年大量實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用概率統(tǒng)計(jì)分析和時(shí)間序列分析等方法，對(duì)有功功率波動(dòng)特性進(jìn)行分析，結(jié)合風(fēng)力、光伏發(fā)電能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，選取容量系數(shù)及出力變動(dòng)率等指標(biāo)，對(duì)其在不同風(fēng)速、光照水平下輸出功率的波動(dòng)特性和最大功率追蹤能力進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，制定對(duì)風(fēng)電、光伏發(fā)電功率波動(dòng)特性有效的平抑策略，通過(guò)確定合理的平抑目標(biāo)來(lái)減小所需儲(chǔ)能容量，優(yōu)化成本。采用上述建模方法，對(duì)新疆某20 MWp光伏電站進(jìn)行建模，通過(guò)系統(tǒng)仿真可得出如圖7、圖8所示的曲線。

圖7 儲(chǔ)能系統(tǒng)削峰填谷曲線

圖8 儲(chǔ)能系統(tǒng)平衡電站出力曲線

2.2.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方案和預(yù)測(cè)功率優(yōu)化方法的研究

根據(jù)儲(chǔ)能技術(shù)的功率范圍、持續(xù)響應(yīng)時(shí)間、效率、技術(shù)特性等，結(jié)合風(fēng)、光發(fā)電自身出力特性，以裝置成本最低、功率匹配最佳、電能輸出功率平滑度最好為目標(biāo)，以就近平衡為原則，系統(tǒng)地研究?jī)?chǔ)能系統(tǒng)的容量配置方案。分別從風(fēng)電、光伏預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整和儲(chǔ)能電池充放電策略兩部分對(duì)風(fēng)、光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的功率預(yù)測(cè)進(jìn)行優(yōu)化，讀取次日風(fēng)電、光伏預(yù)測(cè)功率，根據(jù)濾波器幅頻特性對(duì)波動(dòng)性較大的功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，根據(jù)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)適時(shí)調(diào)整參數(shù)，平滑離散點(diǎn)之間的功率走勢(shì)，根據(jù)儲(chǔ)能電池充放電策略，進(jìn)一步調(diào)整平滑效果。

2.2.4 風(fēng)、光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行控制在不同模式下的能量控制策略的實(shí)現(xiàn)

考慮儲(chǔ)能裝置的功率出力和電量約束條件，將風(fēng)、光功率預(yù)測(cè)技術(shù)引入儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制過(guò)程，以輸出功率平滑、可控為目標(biāo)，以風(fēng)、光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)總出力與計(jì)劃出力的匹配程度為量化指標(biāo)，通過(guò)構(gòu)建遞進(jìn)區(qū)間控制的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并考慮實(shí)際條件約束，建立儲(chǔ)能優(yōu)化控制的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)物理模擬和仿真手段相結(jié)合實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電站的動(dòng)態(tài)控制優(yōu)化。

2.3 工程實(shí)踐

以新疆哈密某20 MWp光伏電站增加儲(chǔ)能裝置為例，增加儲(chǔ)能裝置后可平滑光伏發(fā)電輸出功率的波動(dòng)，使電站并網(wǎng)輸出的有功功率滿足在給定的時(shí)間段內(nèi)波動(dòng)率小于設(shè)定值。此外，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，改善光伏電站的發(fā)電計(jì)劃跟蹤能力，使其滿足跟蹤電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)下達(dá)的發(fā)電出力曲線的要求，同時(shí)減少棄光電量。項(xiàng)目的建設(shè)可提高光伏發(fā)電功率輸出的穩(wěn)定性，并提高場(chǎng)站的可利用小時(shí)數(shù)。

該項(xiàng)目采用性能穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性較好的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電能遷移，降低光伏電站反調(diào)峰性，減少棄電。在光伏電站附近安裝3 MW·h儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備，采用35 kV電壓等級(jí)接入光伏電站35 kV發(fā)電母線。儲(chǔ)能電站主要由電池簇、BMS電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器、升壓變壓器及儲(chǔ)能控制系統(tǒng)組成。儲(chǔ)能變流器可實(shí)現(xiàn)電能的雙向轉(zhuǎn)換：在充電狀態(tài)時(shí)，儲(chǔ)能變流器作為整流器將電能從交流變成直流，存儲(chǔ)到儲(chǔ)能裝置中；在放電狀態(tài)時(shí)，儲(chǔ)能變流器作為逆變器將電池中的電能從直流變?yōu)榻涣鳎斔偷诫娋W(wǎng)中。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

通過(guò)對(duì)新疆哈密某20 MWp光伏電站2018年的理論發(fā)電量、AGC計(jì)劃電量以及實(shí)際發(fā)電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，該電站主要高峰負(fù)荷集中在5月～10月，各月理論發(fā)電量與AGC電量計(jì)劃間存在一定差距，如圖9所示。月理論發(fā)電量與AGC計(jì)劃電量偏差值如圖10所示。

圖9 光伏電站理論與AGC月發(fā)電量統(tǒng)計(jì)

圖10 月理論發(fā)電量與AGC計(jì)劃電量偏差

在發(fā)電量高的月份，每日的AGC與理論發(fā)電差值最大約10 MW·h；發(fā)電量較低的月份，每日的AGC與理論發(fā)電量差值最大約4 MW·h。若按電站20 MWp，儲(chǔ)能系統(tǒng)3 MW/6 MW·h配置(儲(chǔ)能系統(tǒng)功率為總裝機(jī)容量的15%)，取放電深度90%，電價(jià)0.98元/kW·h。項(xiàng)目建設(shè)的3 MW/6 MW·h儲(chǔ)能裝置可實(shí)現(xiàn)每日增發(fā)電量約5.5 MW·h，全年增發(fā)電量1 650 MW·h，即全年發(fā)電收益新增161.7萬(wàn)元，增加全年可利用小時(shí)數(shù)約82.5 h，項(xiàng)目的靜態(tài)投資回收期約5.7年。目前西北電網(wǎng)對(duì)一次調(diào)頻服務(wù)按照一次調(diào)頻月度動(dòng)作積分電量15元/kW·h進(jìn)行補(bǔ)償。儲(chǔ)能電站可以積極參與一次調(diào)頻服務(wù)，這樣可以進(jìn)一步提高項(xiàng)目收益。

3.2 社會(huì)效益分析

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和消費(fèi)結(jié)構(gòu)持續(xù)升級(jí)，中國(guó)能源需求剛性增長(zhǎng)，資源環(huán)境問(wèn)題仍是制約中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸之一。風(fēng)、光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電是風(fēng)、光發(fā)電領(lǐng)域的一個(gè)重要探索，儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電能的存儲(chǔ)和釋放，可以有效緩解風(fēng)、光發(fā)電單獨(dú)運(yùn)行輸出功率波動(dòng)給電網(wǎng)帶來(lái)的不利影響，提高電網(wǎng)安全性，進(jìn)而提高電網(wǎng)接納風(fēng)、光發(fā)電的能力。平滑風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的功率輸出，解決風(fēng)、光發(fā)電平穩(wěn)控制和并網(wǎng)問(wèn)題。規(guī)?；瘍?chǔ)能必將為節(jié)能減排做出不容忽視的貢獻(xiàn)，成為支撐能源革命、建設(shè)中國(guó)綠色低碳生態(tài)系統(tǒng)的新生力量，為風(fēng)、光發(fā)電提供一條新的可持續(xù)發(fā)展之路。

4 結(jié) 語(yǔ)

采用單元級(jí)-電站級(jí)-聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)間接組合建模思路，再經(jīng)一定的等值方法將單元級(jí)的模型應(yīng)用于光伏電站和儲(chǔ)能電站的聚合建模當(dāng)中。通過(guò)工程實(shí)踐驗(yàn)證光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)機(jī)電模型的正確性,可知規(guī)模化儲(chǔ)能的應(yīng)用有利于提高風(fēng)、光發(fā)電場(chǎng)能源利用率和電量收益。在發(fā)電端，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以快速響應(yīng)調(diào)頻服務(wù)及相對(duì)可控的持續(xù)供電，有效規(guī)避了其間斷性、不確定性等缺點(diǎn)。通過(guò)儲(chǔ)能手段平抑波動(dòng)，使風(fēng)、光發(fā)電輸出功率平穩(wěn)，并實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光發(fā)電的削峰填谷。在負(fù)荷較低、電網(wǎng)無(wú)法消納的情況下，把場(chǎng)站所發(fā)電能儲(chǔ)存起來(lái)，按照實(shí)際需要有計(jì)劃地送出，有效提高能源利用率。在發(fā)電端有調(diào)峰電價(jià)的情況下結(jié)合電力市場(chǎng)現(xiàn)貨交易，提高電站的電量收益。