关于风电并网中储能技术的研究进展

钱一祯

摘 要：在风力发电的电能并网工程中，储能技术一直都是解决技术瓶颈的首选，是提高风力发电融入电网的重要途径。该文通过分析当前风力发电电能并网过程中存在的问题以及问题存在的主要原因，简要概括当前各种储能技术概要并指出其在风电并网工程中的作用概况；再着重分析储能技术在解决风电并网过程中各种问题的研究进展，并对其做出简要归纳；在研究基础上提出风电并网中的储能技术应用建议，将为风电并网中储能技术的研究发展提供进一步的借鉴作用。

关键词：风电并网 储能技术 控制

中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（b）-0055-02

在全球经济持续发展的潮流下，地球的能源短缺问题日益突出，化石能源的可用储存量日益减少，再加上气候环境恶化问题日益加剧，开发和利用可再生能源已经成为了世界各国的必选之路。风力发电作为可再生能源，是可再生能源发电领域现阶段技术最为成熟的发电技术，而且无污染、投资周期很短，是近年来发展最为迅猛的可再生能源发电技术。

1 风电并网工程面临的问题

由于风电在电力输出的过程中，波动性和不确定性较大，而且我国风电大规模建设、高度开发，风电基地集中，电厂之间的关联性强，因此，风电输出波动会对整个电力系统产生影响。此外，由于风电机组的电力输出并网采用电力电子接口，其余常规发电机的差别较大；而风电机组与电网之间现有的控制力较弱，电网稳定控制系统难以应对风电机组的不稳定性，这就给整个电力系统的安全运行带来隐患[1]。

综上可以看出，风电并网工程面临的首要问题，就是风电的不可控性以及电力电子接口动态响应系统与现有发电机的差异。

2 储能技术分析

储能技术现有4种类型，分别是化学储能、物理储能、电磁储能以及相变储能等。物理储能主要有抽水、压缩空气和飞轮等储能方式；电磁储能包括超导磁储能和超级电容储能；化学储能主要是铅酸电池储能、锂离子电池储能和钠硫电池储能；相变储能有冰蓄冷储能以及相变建筑材料储能等。

其中，相变储能不以电能形式来进行储存电量的释放，其运行功率与能量等级涉及面较广，不予讨论[2]。不过，随着电网智能化的推进，在需求侧管理方面，相变储能将发挥更大作用。

不同储能方式有各自的能量/功率等级、相应速度以及经济效益方面的特点，可在电力系统削峰填谷和稳定控制、优化电能质量等状况下，发挥各自的优势。

3 风电并网中的储能技术应用

3.1 提高风电低压穿透力

LVRT问题是风电发展过程中最为常见的难题，时刻影响着整个系统的稳定性。要提高系统LVRT能力，需要从两个方面入手。首先，要不断改进系统的控制策略；其次是增加硬件设备投入来实现LVRT的提高。两种方式各有利弊，后者投入更大，是当前主要方法。通常，电力系统会通过配置ESS来提高LVRT能力。由于电网的故障暂态短，因此，储能系统需要具备快速反应能力，同时能够在电网故障的情况下有效挂网运行。

3.2 降低风电的功率波动

风电输出功率波动和风电的难以控制，是风电入网稳定性差、风力发电电能质量不高以及电能调度的经济效益不高的重要原因。而在风电系统中适当配置ESS，并制定出科学合理的控制制度措施，可以有效平抑风电的功率波动问题，减少风速随机变更对电力输出产生的消极影响。抑制风电功率异常波动均采用若干单位组合的储能单元来构成ESS，通过优化储能单元的控制措施，实现最小化的储能容量与最大化的使用寿命周期，都是风电并网中储能技术应用研究过程中值得关注的问题。

3.3 控制风电系统的频率

由于风电电能输出过程中具有较大的随机性以及电量爬坡特性，常规的电力系统控制措施难以对其做出精准预测和有效控制，而且风电电网的频率变化相应更加难以捉摸，这就无限加大了电网调频的难度。而ESS拥有快速功率反应能力，而且能在正反双向调节功率。

3.4 提高电力系统融入风电之后的整体稳定性

传统电力系统在受到一定扰动后能较快恢复原状，而一旦电网含有风电，由于风电机组与同步发电机不同，其瞬间功率的平衡性较差，造成稳定性较为特殊。而ESS具有的快速功率反应能力，为提高电力系统融入风电之后的整体稳定性提供了科学途径。利用SMES来优化含风电的电力系统稳定性，设计出SEMS控制器，运用桨距角控制和制动电阻等方式对比研究可以发现，ESS的控制效果较为出色。

3.5 优化风电的调度配置

利用ESS增强风电输出的可调度性，重点对其控制措施、配置容量以及运行经济效益等方面的研究可以看出，采用蓄电池控制法，可使风电基地能够在短期内具有良好的功率可调控性能。不过该方法充放电频繁，不利于蓄电池的使用寿命保护。而风电与柴油机联合的系统也面临着储能容量的问题亟待解决。但ESS的应用则是供电成本最低的，而且能有效提高电网的可靠性。

4 风电并网中的储能技术应用建议

4.1 注重储能体系以及数学建模的发展

由于储能方式多样，特性差别突出，如何依据实际需要来构置ESS是首要问题。在风电大规模并网的应用工程中，单一的储能技术无法全面满足需求，唯有将快速反应特性的ESS和大容量储能ESS联合使用，构造复合系统，才能最大限度发挥其控制性能。针对不同的应用需求和控制目标，ESS的模型要求也有差异，而数学模型的建立，是研究问题的前提。随着多元化符合储能模式的研究开发，建立大型复杂模型将是不得不面对的重大问题。

4.2 加大储能系统控制的研究

合理的控制方案是ESS发挥功效的前提，还对储能容量和运行效益产生影响，因此，对于储能系统的控制是储能技术研究的重点。随着研究的不断深入，ESS的功能不断丰富，对其控制策略也会变得复杂化[3]。而多元化复合储能系统控制涉及的联合协调控制问题，让整个系统的控制方案变得更为重要。因此，在未来风电并网中储能技术的研究过程中，控制策略是不可规避的着重点。

4.3 储能状况对含风电电力系统运行的影响研究

当前，风电并网中储能技术研究尚处于初级阶段，研究重点在于原理和功能等方面，对于实际应用尚未广泛触及，因此，对储能容量和位置等信息的关注度并不高。然而，由于高成本的建设、运行和维护投入，随着对ESS研究的不断深入，在满足预期目标的基础上，建立恰当的储能位置和最小化的容量是研究的重点。

4.4 储能技术对电力系统经济层面的影响研究

ESS在含风电系统中的应用，使系统的灵活性大大加强，而电功率波动等负面影响也逐步降低。ESS采用机组组合与旋转备用等运行方式，使得系统的经济模式变得尤为复杂，而ESS在电力系统中的运用也受经济性问题的影响，是其能否规模化的决定性因素。

5 结语

该文通过对风电发展过程中面临的若干问题进行简要分析，提出问题的根源，并對解决问题的储能技术的发展应用进行了简要阐述，提出进一步深入发展风电并网中储能技术的研究举措，以期让更优化的储能技术能够大规模应用到风力发电输送系统中，让整个电网中的风电含量与日俱增，不断优化我国的能源结构。

参考文献

[1] 贺志成.风电并网中储能技术及应用的研究进展述评[J].通讯世界，2015（12）：151.

[2] 赵龙，汪宁渤，何世恩，等.储能技术在风电并网中的应用研究进展[J].电子测试，2015（17）：131-132.

[3] 贺强.风电并网中的储能技术分析[J].科学家，2016（5）：216-217.