储能技术在风电并网中的应用研究进展

赵 龙,汪宁渤,何世恩,刘光途,张金平,王定美,周 强,黄 蓉,王明松

（甘肃省电力公司风电技术中心,甘肃兰州,730050）

储能技术在风电并网中的应用研究进展

赵 龙,汪宁渤,何世恩,刘光途,张金平,王定美,周 强,黄 蓉,王明松

（甘肃省电力公司风电技术中心,甘肃兰州,730050）

风电是一种清洁环保的可再生能源，在能源短缺和环境污染日益严重的今天，风电在全球得到了迅猛发展。但风电比传统火电和水电更难控制，具有很强的波动性，需要利用储能技术来降低其对电力系统的冲击。本文就储能技术在风电并网中的应用研究现状进行了探讨，有一定的参考价值。

风电并网；储能技术；低压穿透；电压稳定

Voltage stability

0 引言

近年来，能源短缺和环境污染现象越来越为严重，已经成为影响人类生存和发展的重要问题。风力发电无污染、可再生、投资少效益高，是一种具有极高利用价值的发电技术之一，被全球各个国家所推崇，在全球范围内得到了迅猛发展。据统计，目前我国风电装机容量已达四千多KW，预计2015年达到九千KW，在2020年将达1.5亿KW，是国家能源结构的重要补充。不过风力发电波动性大，具有很明显的不确定性和不稳定性，大规模的风电并网会给电力系统的安全稳定带来构成威胁，必须利用储能系统来避免风电波动性、不稳定性的影响，提高风电场输出功率的稳定性和可控性，改善电能质量。

1 风电并网需要解决的问题

1.1 提高频率稳定性

风力发电是利用风资源发电的一种技术，由于风资源具有随机波动性和间歇性，使得风力发电的输出功率出现随机波动性和间歇性。风电并网会由于这种随机波动性和间歇性而给电网的稳定性造成负面影响，包括电压稳定和频率稳定。风电并网对电网电压稳定和频率稳定的影响，随着风电比例的增高而增大，最终使电压和频率的波动超出允许范围，巨大的扰动造成电网电压、频率崩溃。

1.2 减弱低电压穿越的影响

风电并网中，由于PCC电压跌落，会使风电机组产生过电压、过电流问题。PCC电压跌落造成的过电压、过电流会给风电机组带来冲击，造成风电机组损坏。通常情况下，当电网发生故障时，风电机组从电网中自动解列，此时电网将失去支撑而带来连锁反应，给电网安全带来影响，尤其在风电比例较高的电网中，电网故障将会造成大量风电机组的解列而威胁电网安全，因此需要利用LVRT技术来确定风电机组在PCC电压跌落时，还能保持并网状态向电网提供无功功率，用以支撑电网电压。

1.3 提高电能质量

风电系统利用风资源发电，由于风速的随机波动性和间歇性影响，再加上风电机组自身的塔影效应、风剪切、偏航误差等原因，会造成电压波动、闪变、谐波污染等电能质量问题。在实际应用中，小规模的风电接入并不会对电网电能质量造成严重影响，但大规模的风电并网，将会给电网电能质量带来严重影响，造成严重的电压波动、闪变、谐波污染问题。如果系统对电能质量要求较高，这种影响所带来的后果将会极为巨大。

2 储能技术在风电并网中的应用研究进展

2.1 常用储能技术分类

经过数十年的发展， 储能技术已经演变出物理、化学、电磁、相变四大类型的储能技术。物理储能技术有抽水蓄能、飞轮储能等，电磁储能技术有超导磁储能、超级电容储能等，化学储能技术有铅酸电池、锂离子电池储能等，相变储能技术有冰蓄冷储能、相变建筑材料储能等。目前，国内研究与应用较多的储能技术有抽水蓄能、铅酸电池储能、锂电池储能、超导储能几种，不同的储能技术在功率等级、响应速度等方面各有优缺点，可应用于风电并网的不同场合。其中抽水蓄能容量大，应用成本低，相关技术较为成熟，在国内有不少应用项目，据统计已那建成22座，主要应用于调峰/调频之中。

2.2 储能技术在LVRT问题中的应用

LVRT问题是大规模风电并网中需要解决的难题之一，是影响风电并网稳定性的关键要素。为了提高风电系统的LVRT能力，目前通常从单机和风电场两个方面入手进行，有改进控制策略和增加硬件设备两种方案。改进控制策略不需要增加额外硬件设备，不过改进控制策略无法从根本上来解决瞬时能量不平衡带来的风电机组暂态过电压和过电流问题，只在故障电压变化不明显的情况下有较好的效果，当故障电压变化明显时无法达到预期目的。增加硬件设备需要增加额外的成本，但效果明显，能有效提高整个风电场的LVRT能力，是目前最常用的一种方法。在单机层面，通常将ESS并联在风电机组ECS直流母线上，当电网故障时利用ESS的快速有功响应能力来存储瞬时过乘能量，从而通过单机层面来保障机组的暂态稳定，超级电容器储能、飞轮储能等技术在单机层面提高LVRT能力都有所应用。在风电场层面，通常在风电场出口母线上接入ESS，利用储能系统来吸收系统无法送出的有功，以抑制电网故障时的瞬时故障过电流，并向电网连续、稳定的输出无功帮助电网恢复正常，用以降低电网电压崩溃的可能性，电容储能、蓄电池储能技术在风电场层面都有所应用。

2.3 储能技术在改善系统功率波动中的应用

风电系统的波动性会给电网稳定性带来不良影响，同时风电系统的不易控制性还会增加电网调度难度。在风电并网中，引入储能技术利用相应的控制策略，能有效的降低风电出力波动的影响，抑制风电系统输出功率波动。在国内，利用储能技术改善系统功率波动方面的研究较多，取得了很多研究成果，也可以分为单机和风电场两个层面。如在机组直流母线上并联超级电容器，利用模糊理论来协调控制，从而平抑风电机组功率波动，这种方法需要准确的对风电机组出力进行预测，但对于大型风电场中的单机来说，受到尾流效应、塔影效应等多方面的影响，要对风电机组的出力进行预测有一定困难。在风电场层面，目前常用两级ESS来协调控制，即短期储能和中期储能协调的方法，可能很好的适用于在线控制，能有效解决容量、响应速度等方面的问题。此外，也有采用能量型储能和功率型储能混合的方法，这种方法也具有较好的平抑功率波动能力。

2.4 储能系统在提高电网电能质量方面的应用

电力系统需要有较高的稳定性，当受到大的或小的扰动时，要能迅速恢复到稳定状态，包括大干扰稳定和小干扰稳定。风电并网中，风电机组与同步发电机不同，造成其稳定性的根本原因主要是由于系统瞬间功率的不平衡。利用储能系统的快速响应能力， 能有效提高风电系统的稳定性。在大干扰稳定控制方面，主要针对同步发电机功角和风电机组转速变化进行，利用储能系统来根据桨距角、制动电阻进行控制。对于小干扰稳定，则主要采用特征分析法，考虑风电接入对电网系统的小干扰稳定影响较小，这方面的应用目前还相对较少。整体上，虽然储能系统能很好的提高风电系统的稳定性，但受风电系统非线性运行的影响，在储能系统的参数配置上还存在很大困难，整体应用水平还较低。

[1] 尚景宏，蔡旭.大型风力发电蓄电池储能电源系统应用[J].应用科技，2009（10）

[2] 刘艳梅.浅谈储能技术在风电并网中的应用研究[J].华东科技，2013（01）

Progress of application of energy storage technology in wind power grid

Zhao Long,Wang Ningbo,He Shien,Liu Guangtu,Zhang Jinping,Wang Dingmei,Zhou Qiang,Huang Rong, Wang Mingsong
(Gansu power company wind power technology center Lanzhou Gansu,730050)

The wind power is a kind of renewable energy which is clean and environmental protection. In the energy shortage and pollution,the wind power is developing rapidly in the world..However,the wind power is more difficult than the traditional thermal power and hydro power,and it has a strong fluctuation, which need to use energy storage technology to reduce its impact on the power system..This paper discusses the application of energy storage technology in wind power grid, and has some reference value.

wind power grid;Energy storage technology;Low pressure penetration;