摘要：我国科学技术快速发展，人们生活水平和生活质量不断提高，使我国快速进入科学技术现代化发展阶段。随着风电渗透率的不断提高，其强波动性和高不确定性对电网安全经济运行的影响不断加剧，全球的电网公司都为此制定了各自的风电并网导则，用以规范风电并网的技术特性。
关键词：储能技术；辅助风电并网控制；应用综述
引言
科学技术的快速发展，我国各行业运用很多先进的科研技术，是其本身发展更为迅速。储能技术是电力系统能源结构优化及电能生产消费变革的重要支撑技术，是智能电网的重要组成部分。随着风光可再生能源的快速发展，风光发电功率的不确定性给电力生产与消费的实时平衡带来巨大挑战，促使储能的需求向规模化和大容量化方向快速发展。
1储能技术的发展与应用现状
在可再生能源发电及智能电网技术的驱动下，除却受地理条件制约的抽水蓄能技术，多种新型储能技术逐步受到关注，并建成了多项大规模储能示范工程。我国应用于可再生能源并网的累计装机仅次于分布发电及微网领域，增长率为27%，以锂离子电池和液流电池的应用为主，主要用于风电场或集中式风、光电站中以解决弃风、弃光问题，辅助电网安全稳定运行。在各类型储能技术发展中，技术性能中比能量这个关键性指标的进展是缓慢的，但其性能仍在逐年稳步提升，当前应用较为成熟的主要储能技术的响应时间基本都在0.02s以内。其中，锂离子电池、钠硫电池和液流电池具有较好的功率密度、能量密度、循环寿命和效率，适合于在高功率和高能量需求的场景中应用，锂离子电池又因功率密度、循环寿命和循环效率均突出而独占鳌头；寿命则受每种材料内生性增长的影响，使成本呈现逐年下降的趋势，但尚未完全接近运营盈利点。综上所述，当前新型储能系统的功率与容量特性及其发展水平已适应规模化可再生能源发展需求，经济性稍微欠佳。
2风电并网技术规定
2.1风电有功功率控制的技术
规定可以分为两大类：第1类是要求风电场具有按照调度指令调节有功功率的能力，满足电网的功率变化指标规定；第2类是要求风电场的有功功率输出响应系统频率偏差。不同电网的并网导则都要求风电场具备在一定范围内调节自身输出功率至指定水平的能力。风电场除了在连续运行和启停过程中必须具备控制有功功率的能力之外，也要根据电网需要限制风电场的功率变化率。我国国家标准规定风电场有功功率变化应当满足电力系统安全稳定运行的要求，其限值应根据所接入电力系统的频率调节特性，由电力系统调度机构确定。该技术规定给出的推荐值是装机容量在30MW以下的风电场1min内功率变化不超过3MW，容量在30∼150MW的风电场不得超过装机容量10%，大于150MW的风电场不得超过15MW。
2.2无功功率与电压控制
电力系统的无功功率控制直接影响系统各节点的电压偏差。由于风电场往往处于偏远地区，且不同风机无功控制能力不同，因此风电场无功功率控制是一个很重要的问题。风电场的无功电源主要包括风电机组及风电场无功补偿装置。由于无功功率注入对电压水平的影响取决于网络的短路容量和阻抗，不同电网对风电场的无功功率控制要求也不尽相同。风电并网的无功功率控制要求可分为定电压值、定功率因数和定无功功率3种类型。定电压控制要求风电场对并网点电压的偏差具有一定的响应能力，通过调整风电场无功功率实现并网点电压的稳定。
3储能关键技术
3.1在储能的电力变换方面
为应对高比例可再生能源并网引发的电力系统惯量降低和频率阻尼减弱问题，需要储能系统具有惯量响应和频率阻尼特性，“基于功频下垂控制的并网型储能系统惯量与阻尼特性分析”探讨了储能变换器采用下垂控制时的阻尼和惯量响应特性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆储能变流器的并联运行是扩大储能系统容量的主要手段，而多储能变换器并联运行引发变换器的均流问题“基于虚拟负电阻的航空静止变流器并联控制策略”一文探讨了并联储能变流器的载荷均分控制策略。无功补偿设备主要解决电能的电压质量问题，能否使这种设备同时具有有功功率支撑能力，从而解决诸如电能断续等更广泛的电能质量问题。“具有储能功能的链式STATCOM研究”提出了一种具有有功支撑能力的高压无功补偿器的电路拓扑及控制方法。
3.2储能提升风电并网能力方面
为充分发挥功率型和能量型储能的优势，“基于混合储能系统的风电跟踪目标出力优化控制”探讨了优化控制混合储能系统实现对风电出力的调控方法。“基于含储热的热电联产与抽水蓄能的风电消纳协调控制策略”讨论了一种含储热的热电联产与抽水蓄能的风电消纳协调控制策略。
4储能辅助风电并网控制
4.1储能辅助风电有功功率与频率控制
目前，对风电功率进行控制的方法主要有风力发电改进控制和储能系统辅助控制两类。根据风电场自身的技术特性，通常以利用桨距角控制和停机等手段降低当前有功功率为主。与风力发电改进控制相比，储能系统能够通过灵活控制吸收或释放功率实现对风电场有功功率的控制，且不需要改变已并网的风电机组控制方式。为了控制风电并网功率的波动性和不确定性、满足并网导则对风电有功功率不同时间尺度的要求，储能系统需要在实时功率和可用容量两个方面满足控制要求。对于短时间尺度、大功率幅值的风电功率波动，储能系统需要提供响应快速、功率较大的交换功率。功率型储能技术具有功率密度高和响应速度快的特点，适用于风电有功功率短时控制，包括超级电容器、超导磁储能、钠硫电池、飞轮储能等。
4.2储能辅助风电无功功率与电压控制
储能系统具有灵活的四象限运行特性，可根据需要快速灵活地进行双向无功功率、双向有功功率交换。因此，风电场配置储能系统除了调节风电并网有功功率，也能同时控制储能系统输出或吸收无功功率，实现风电场的无功平衡，提高风电场电压稳定性。基于超级电容器储能的直驱式风力发电机无功控制策略，将超级电容器通过DC/DC变流器连接至风机直流母线，通过储能系统和风机变流器的协调控制，提高直驱式风电系统的无功输出能力。对比了储能系统和传统SVC改善风电并网无功功率控制和电压稳定的效果，分析结果表明储能在控制效果上优于传统SVC。从电压稳定的角度分析了加入储能对提高电力系统风电接入极限渗透率的作用。提出了一种基于快速储能的风电潮流优化控制系统，同时协调控制风电场接入点的有功功率和无功功率，进而改善电网电能质量，提高系统稳定性。另外一种研究思路是将储能系统与传统的无功补偿设备相结合，以提高风电场无功功率的控制能力。
结语
本文基于风电并网导则技术规定，分析了风电场自身控制的局限性和储能系统辅助风电并网的应用场景和研究现状。在有功功率与频率控制方面，在风电出现较大预测偏差或剧烈爬坡事件时，利用有限容量的储能系统实现最大限度的并网功率控制是一个重要的研究方向。同时，利用功率型储能技术改善风电频率响应特性、提高系统频率稳定性，具有较为广阔的应用前景。
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论文作者:成昌林
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/5
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