風(fēng)電并網(wǎng)中的儲(chǔ)能技術(shù)研究

李偉強(qiáng) 紀(jì)曉寧

摘要：儲(chǔ)能技術(shù)的研究是進(jìn)行風(fēng)電并網(wǎng)后建設(shè)集約型能源形態(tài)的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)之一?；诖?，本文就風(fēng)電并網(wǎng)中的儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行分析，從現(xiàn)階段存在的問(wèn)題入手，在改善LVRT、電力系統(tǒng)功率波動(dòng)優(yōu)化、系統(tǒng)頻率以及電能質(zhì)量的改善方面展開(kāi)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的探究，并在數(shù)字建模、系統(tǒng)控制、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)突破等方面給出完善儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)后的優(yōu)化建議，以此為儲(chǔ)能技術(shù)的有效應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電并網(wǎng);儲(chǔ)能技術(shù);研究

引言：電力系統(tǒng)的優(yōu)化建設(shè)是面對(duì)資源以及污染雙重阻礙下，為尋求能源結(jié)構(gòu)的改善、提升能源可再生能力、滿足可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需求的必然舉措。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一種以風(fēng)為動(dòng)力執(zhí)行的清潔性能源構(gòu)建，但在實(shí)際使用的過(guò)程中，風(fēng)力發(fā)電極易因環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，因此，面對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)后能源形態(tài)的波動(dòng)，儲(chǔ)能技術(shù)的研究成為提升能源間互補(bǔ)性的必要手段，可以有效拉伸電網(wǎng)的安全性與穩(wěn)定性。

1.儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中存在的問(wèn)題

風(fēng)電技術(shù)的應(yīng)用為能源的可再生提供了新的發(fā)展途徑，是清潔能源開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，正逐步成為我國(guó)能源建設(shè)的新的組成部分。但由于風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)存在的時(shí)間較晚，其實(shí)踐性有待于進(jìn)一步的加強(qiáng)。風(fēng)資源具有隨機(jī)波動(dòng)性和間歇性的特性，使得風(fēng)力發(fā)電的輸出功率具有隨機(jī)波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)。造成這種原因往往是多方面的，一方面是風(fēng)電系統(tǒng)往往在電網(wǎng)末端且規(guī)?；l(fā)展，大規(guī)模的風(fēng)電并網(wǎng)，造成發(fā)電時(shí)間比較集中，受風(fēng)資源的影響較大，這些主要包括風(fēng)場(chǎng)相近，風(fēng)力特點(diǎn)相似，在發(fā)電的出力時(shí)也有著相似度，這樣在供電的時(shí)候風(fēng)力大的情況時(shí)供電量就強(qiáng)，在風(fēng)力弱的情況中供電就弱[1]。另一個(gè)方面，在我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)模式中，現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)理念就是根據(jù)并網(wǎng)是強(qiáng)電模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是在實(shí)際的操作過(guò)程中，由于并網(wǎng)采用的是遠(yuǎn)距離模式，在這種方式下，就會(huì)造成電力網(wǎng)和電機(jī)組在連接時(shí)相對(duì)較弱，這種情況下，傳統(tǒng)的電網(wǎng)故障保護(hù)措施和穩(wěn)定性控制系統(tǒng)就不能及時(shí)、有效的應(yīng)對(duì)，使電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)造成不穩(wěn)定性。為了保證電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性，電網(wǎng)公司對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)做出了嚴(yán)格的規(guī)定，主要包括了無(wú)功調(diào)節(jié)能力、故障穿越、最大出力等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)定。

2.風(fēng)電并網(wǎng)中的儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用

2.1強(qiáng)化風(fēng)電系統(tǒng)的低電壓穿越能力

一般在風(fēng)電并網(wǎng)中存在著物理、化學(xué)、電磁、相變四類技術(shù)，其相應(yīng)時(shí)間、功率規(guī)模、儲(chǔ)能容變各不相同，需要在使用過(guò)程中，進(jìn)行有針對(duì)性的選擇，以此保證在技術(shù)使用過(guò)程中，其經(jīng)濟(jì)效益的最大化提升。隨著電力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，其儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用帶動(dòng)了現(xiàn)階段電網(wǎng)建設(shè)效能的進(jìn)一步拉升。低壓穿透問(wèn)題是風(fēng)電并網(wǎng)過(guò)程中的突出問(wèn)題，其主要是指在接入公共連接點(diǎn)后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)相應(yīng)的并網(wǎng)點(diǎn)出現(xiàn)電力減弱的情況，這是LVRT可以起到保持風(fēng)電機(jī)的并網(wǎng)狀態(tài)，并提供無(wú)功功率運(yùn)行，甚至恢復(fù)電網(wǎng)的作用。儲(chǔ)能技術(shù)的有效應(yīng)用可以對(duì)于LVRT進(jìn)行一定的強(qiáng)化。

2.2平仰功率波動(dòng)

在進(jìn)行風(fēng)電轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，由于風(fēng)力發(fā)電的不穩(wěn)定性，相應(yīng)的電力系統(tǒng)功率也會(huì)因此產(chǎn)生較大的波動(dòng)，并且這種波動(dòng)運(yùn)用常規(guī)的方式很難對(duì)其進(jìn)行有效的控制。在引入儲(chǔ)能技術(shù)后，其可以對(duì)于電網(wǎng)的波動(dòng)以削弱峰值填補(bǔ)低值的作用，對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行一定的波動(dòng)平衡，進(jìn)而有效的改善電網(wǎng)波動(dòng)狀態(tài)。例如：?jiǎn)螜C(jī)層面，可以使得超級(jí)電容器與機(jī)組中的直流母線進(jìn)行并聯(lián)，利用超級(jí)電容器對(duì)于電容的快速縮放來(lái)對(duì)于電流進(jìn)行急速的調(diào)整，以此形成對(duì)于電力系統(tǒng)波動(dòng)進(jìn)行控制的目的。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，由于尾流效應(yīng)以及塔影效應(yīng)等因素的影響，需要對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)作情況進(jìn)行有針對(duì)性的預(yù)測(cè)，以此提升實(shí)踐中對(duì)于操作的補(bǔ)充性[2]。

2.3參與系統(tǒng)頻率控制

電網(wǎng)的頻率是決定用電安全以及電力設(shè)備運(yùn)行可靠性的重要基礎(chǔ)，因此，不可以使其進(jìn)行大幅度的波動(dòng)，通常電網(wǎng)上下浮動(dòng)的頻率要保證其在0.2赫茲的范圍內(nèi)進(jìn)行起伏，但風(fēng)力發(fā)電引入電網(wǎng)后，喲路與風(fēng)電機(jī)組自身缺乏對(duì)于一次性的調(diào)節(jié)能力，因此不能很好的對(duì)于系統(tǒng)的波動(dòng)頻率進(jìn)行控制，這一情況與電網(wǎng)的實(shí)際需求有一定的差距。儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，可以對(duì)這一情況進(jìn)行有效的遏制。例如：儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)置可以通過(guò)二次調(diào)頻的方式進(jìn)行發(fā)電負(fù)荷的調(diào)整，進(jìn)而對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的輸出進(jìn)行有效的限制，通過(guò)雙向調(diào)節(jié)的方式，提升輸出功率的準(zhǔn)確性，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)頻率的改善。

2.4提升風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性

由于極端天氣等因素的影響，技藝引發(fā)機(jī)組瞬間不平衡功率的出現(xiàn)，進(jìn)而引發(fā)系統(tǒng)內(nèi)部的電壓以及頻率等產(chǎn)生波動(dòng)，導(dǎo)致對(duì)于風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功功率的切換，進(jìn)而對(duì)于并網(wǎng)系統(tǒng)的功率與電壓的情況進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，進(jìn)而利用短時(shí)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)對(duì)于電壓波動(dòng)的調(diào)整，進(jìn)而優(yōu)化電網(wǎng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而對(duì)于電能的質(zhì)量可以做到有效的提升。

3.優(yōu)化風(fēng)電并網(wǎng)中儲(chǔ)能技術(shù)的途徑

3.1儲(chǔ)構(gòu)建能系統(tǒng)及其數(shù)學(xué)建模

電力系統(tǒng)中現(xiàn)有的儲(chǔ)能方式具有形態(tài)與方式各異的特點(diǎn)，其表現(xiàn)出來(lái)的特性也具有不同的特色，因此，為保證對(duì)于系統(tǒng)的有效優(yōu)化，需要解決應(yīng)用過(guò)程中對(duì)于ESS的適應(yīng)性問(wèn)題。依據(jù)風(fēng)電并網(wǎng)的規(guī)模在實(shí)際的操作過(guò)程中，以單一的方式進(jìn)行問(wèn)題的解決相對(duì)來(lái)說(shuō)缺乏現(xiàn)實(shí)意義，在經(jīng)濟(jì)、容量、響應(yīng)等方面需要進(jìn)一步的優(yōu)化。因此，需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，來(lái)提升ESS模式在不同場(chǎng)景與控制體系中的不同特點(diǎn)，進(jìn)而為問(wèn)題的有效解決建立基礎(chǔ)，通過(guò)在數(shù)學(xué)模型中建立對(duì)應(yīng)性的單元，提升此問(wèn)題的解決能力。

3.2儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略

為保證對(duì)于ESS模式的使用效率，需要通過(guò)合理的利用對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)的控制措施，提升其經(jīng)濟(jì)性以及強(qiáng)化儲(chǔ)能容量中直接關(guān)系作用的表現(xiàn)。ESS模式的使用在長(zhǎng)期的實(shí)踐過(guò)程中，已經(jīng)由原有的單一模式，發(fā)展為多元化、特性各異的綜合性系統(tǒng)，并且可以對(duì)于指令進(jìn)行分時(shí)段的實(shí)行以及統(tǒng)一執(zhí)行，功用的提升加深了控制方面的復(fù)雜化。此外，多元復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)以及風(fēng)電儲(chǔ)能聯(lián)合協(xié)調(diào)系統(tǒng)的多元協(xié)調(diào)控制，使得控制策略的制定與實(shí)施在整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程中具有重要的地位，因此，強(qiáng)化對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制是未來(lái)發(fā)展的重要方向[3]。

3.3儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性思考

在儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，由于其在循環(huán)壽命，平衡約束、系統(tǒng)規(guī)模等方面的限制，加之其技術(shù)性以及安全性等因素的綜合影響，導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)的現(xiàn)階段應(yīng)用中其成本較高。在未來(lái)的發(fā)展中，將儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的電源應(yīng)用于電力系統(tǒng)中是其發(fā)展趨勢(shì)，因?yàn)闉楸ＷC儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)?；瘧?yīng)用，進(jìn)一步提升風(fēng)電資產(chǎn)的利用率，應(yīng)在配置儲(chǔ)能系統(tǒng)的同時(shí)，對(duì)于投資回報(bào)的認(rèn)可度等方面作進(jìn)一步的經(jīng)濟(jì)性研究，進(jìn)而提升儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)性。

3.4突破技術(shù)的應(yīng)用障礙

現(xiàn)階段儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用范圍與效果有限，一些技術(shù)還存于理論層面，為保證儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)一步突破，需要通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新與改進(jìn)，提升儲(chǔ)能技術(shù)在電壓波動(dòng)、功率變化、頻率制約等方面的實(shí)際應(yīng)用效能，進(jìn)而保證進(jìn)一步拉伸儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。例如：在LVRT問(wèn)題的處理過(guò)程中，簡(jiǎn)單的控制不能解決實(shí)際問(wèn)題的根本，暫態(tài)電能過(guò)剩的問(wèn)題依然存在，二次調(diào)頻的措施會(huì)由于信號(hào)延遲以及發(fā)電速度等因素的存在降低其調(diào)節(jié)的效能，因此需要對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)做進(jìn)一步的優(yōu)化，并提升其與關(guān)聯(lián)技術(shù)的聯(lián)動(dòng)性來(lái)加深技術(shù)的可操作性。

結(jié)論：綜上所述，為保證電網(wǎng)建設(shè)效能的進(jìn)一步提升，需要對(duì)于現(xiàn)階段風(fēng)電并網(wǎng)后存在的突出問(wèn)題，利用儲(chǔ)能技術(shù)的有效提升，對(duì)其做進(jìn)一步的完善。因此，需要相關(guān)的從業(yè)人員拓展思維、開(kāi)拓視野，以創(chuàng)新的方式進(jìn)行電網(wǎng)建設(shè)，以此發(fā)揮風(fēng)電并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)的應(yīng)有效能。

參考文獻(xiàn)：

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