分布式風(fēng)電-電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可用性分析

張敏吉， 梁嘉， 孫洋洲，凌志斌

(1.中海油研究總院新能源研究中心，北京市100015；2. 上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海市 200240)

分布式風(fēng)電-電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可用性分析

張敏吉1， 梁嘉1， 孫洋洲1，凌志斌2

(1.中海油研究總院新能源研究中心，北京市100015；2. 上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海市 200240)

以?xún)?nèi)蒙古某一實(shí)際分布式風(fēng)電-電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行效果為基礎(chǔ)，對(duì)影響其可用性的關(guān)鍵因素進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示：能量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮功率補(bǔ)償控制以抵消儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部功率損耗；功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(power conversion system，PCS)的響應(yīng)時(shí)間對(duì)系統(tǒng)性能具有重要影響，控制算法的功率指令周期需與PCS響應(yīng)時(shí)間匹配；儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布局也對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性有著重要影響。風(fēng)電-電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可用性對(duì)其實(shí)際推廣應(yīng)用具有重要影響，該文對(duì)影響風(fēng)電-電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方法，為風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用提供參考。

風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)；能量管理系統(tǒng)；功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)響應(yīng)時(shí)間；溫度控制設(shè)計(jì)

0 引 言

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視[1]。但風(fēng)能隨機(jī)波動(dòng)的特點(diǎn)，造成風(fēng)電出力的頻繁波動(dòng)，使電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)峰壓力加大，成為長(zhǎng)期困擾風(fēng)電并網(wǎng)的主要難題[2]。

我國(guó)的棄風(fēng)限電首次出現(xiàn)于2010年，此后棄風(fēng)從零星現(xiàn)象快速擴(kuò)散，2012年的情況最為嚴(yán)重，棄風(fēng)率達(dá)17%。之后隨著政府出臺(tái)一系列政策鼓勵(lì)風(fēng)電并網(wǎng)消納，我國(guó)棄風(fēng)率2013年上半年降至13.5%， 2014年上半年進(jìn)一步降至8.5%。2015年7月，國(guó)家能源局發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，上半年全國(guó)平均棄風(fēng)率為15.2%，風(fēng)電棄電量達(dá)175億 kW·h，同比增加101億 kW·h，造成經(jīng)濟(jì)損失接近87億元，創(chuàng)3年來(lái)同期新高。2015年上半年棄風(fēng)限電主要集中在蒙西(棄風(fēng)率20%)、甘肅(棄風(fēng)率31%)和新疆(棄風(fēng)率28.82%)。

將電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與風(fēng)電結(jié)合，可以平滑機(jī)組輸出、提高風(fēng)電輸出與預(yù)測(cè)的置信度、提高風(fēng)電可調(diào)度性及實(shí)現(xiàn)峰值轉(zhuǎn)移，有效改善風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)的影響[3-4]。國(guó)內(nèi)外對(duì)電池儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電上的應(yīng)用均十分關(guān)注。

國(guó)內(nèi)，2011年國(guó)家電網(wǎng)在張北投運(yùn)的20 MW電池儲(chǔ)能站(一期)主要定位于配合風(fēng)電和光伏接入[5]。2013年在國(guó)電龍?jiān)磁P牛石風(fēng)電場(chǎng)投運(yùn)的 5 MW/10 (MW·h)全釩液流電池儲(chǔ)能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)配合風(fēng)電接入的功能[6-7]。國(guó)外儲(chǔ)能技術(shù)與風(fēng)電的配合應(yīng)用更早[8]。2005年日本住友電工開(kāi)發(fā)的4 MW/ 6 (MW·h)全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)安裝在北海道的30 MW風(fēng)電場(chǎng)示范運(yùn)行。2008年日本風(fēng)電開(kāi)發(fā)公司在Rokksasho 51 MW風(fēng)電場(chǎng)安裝了34 MW/1 169.6 (MW·h)的鈉硫電池以平抑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率。挪威國(guó)家石油公司自2009年開(kāi)始測(cè)試鋰電池配合離岸風(fēng)電，2015年公布將于2018年在蘇格蘭彼得岬外海，為15臺(tái)6 MW漂浮式離岸風(fēng)電場(chǎng)安裝15 MW/15 (MW·h)的鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。2016年美國(guó)圣地亞哥電力公司實(shí)施2 MW/8 (MW·h)全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，以響應(yīng)加利福尼亞州提出的2020年要導(dǎo)入高達(dá)33%可再生能源的目標(biāo)。

儲(chǔ)能技術(shù)與風(fēng)電的配合方式有集中式和分布式2種，上述儲(chǔ)能電站均屬于集中式儲(chǔ)能，集中采取溫度控制措施、方便管理和維護(hù)。但集中式儲(chǔ)能占地大，需要規(guī)劃集中的建設(shè)場(chǎng)地，其建設(shè)涉及征地和審批方面的工作。

分布式儲(chǔ)能則可以在風(fēng)機(jī)旁就地布置，聯(lián)合協(xié)調(diào)控制，具有控制靈活的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在一定程度上克服了集中儲(chǔ)能需要征地和審批的不足。目前相關(guān)的研究和示范工作多針對(duì)集中式儲(chǔ)能展開(kāi)，對(duì)分布式儲(chǔ)能的應(yīng)用及其應(yīng)用中的問(wèn)題則鮮見(jiàn)論述。本文針對(duì)分布式儲(chǔ)能工程應(yīng)用中對(duì)可用性影響的因素進(jìn)行分析探討，供相關(guān)應(yīng)用設(shè)計(jì)參考。

1 分布式風(fēng)電-電池儲(chǔ)能系統(tǒng)

分布式風(fēng)電-電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是1臺(tái)風(fēng)機(jī)配置1套儲(chǔ)能系統(tǒng)，或者幾臺(tái)風(fēng)機(jī)配置1套儲(chǔ)能系統(tǒng)，單套儲(chǔ)能系統(tǒng)容量相對(duì)要求較小，從物理位置上講屬于分布式儲(chǔ)能[9-10]。

分布式風(fēng)電-電池儲(chǔ)能系統(tǒng)以單臺(tái)或幾臺(tái)風(fēng)機(jī)為直接控制對(duì)象，以風(fēng)電場(chǎng)整體優(yōu)化為目標(biāo)，其配置、安裝和控制方式較為靈活，通過(guò)多系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)控制可以最大程度降低風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部線(xiàn)損，在單臺(tái)風(fēng)機(jī)或單臺(tái)儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)可以進(jìn)行協(xié)調(diào)邏輯的重組，以繼續(xù)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)行，但其協(xié)調(diào)控制較為復(fù)雜，整體協(xié)調(diào)控制要求高。由于每臺(tái)儲(chǔ)能系統(tǒng)均需獨(dú)立的測(cè)量和控制系統(tǒng)，單位容量成本較高[11]。

從原理上講，1機(jī)1儲(chǔ)配置的電氣連接既可采用交流側(cè)并聯(lián)，也可采用直流側(cè)并聯(lián)。交流側(cè)并聯(lián)時(shí)，風(fēng)機(jī)與儲(chǔ)能系統(tǒng)之間的控制系統(tǒng)相互解耦，實(shí)現(xiàn)方便，也是目前技術(shù)上較為成熟的方式。1機(jī)1儲(chǔ)的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的安裝既可以采用集裝箱形式在風(fēng)機(jī)旁就近安置，也可以將儲(chǔ)能系統(tǒng)置于風(fēng)機(jī)塔筒內(nèi)部。其中前者更具有模塊化思路，工程實(shí)施方便；后者需要風(fēng)機(jī)廠(chǎng)商與儲(chǔ)能廠(chǎng)商的配合，目前尚未見(jiàn)實(shí)用。

在內(nèi)蒙古某49.5 MW風(fēng)電場(chǎng)選取1臺(tái)風(fēng)機(jī)實(shí)施的分布式1機(jī)1儲(chǔ)項(xiàng)目即采用交流690 V側(cè)并聯(lián)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)容量為1.5 MW，儲(chǔ)能集裝箱在風(fēng)機(jī)旁就近安裝，容量為500 kW×2 h。項(xiàng)目于2015年5月成功投運(yùn)。在實(shí)施過(guò)程中曾遇到因控制策略對(duì)實(shí)際系統(tǒng)功率損耗考慮不足導(dǎo)致電池荷電狀態(tài)(state of charge, SOC)不斷降低以致于最終無(wú)法運(yùn)行，控制周期設(shè)計(jì)不合理反致整個(gè)系統(tǒng)功率波動(dòng)增加，溫度控制(簡(jiǎn)稱(chēng)溫控)系統(tǒng)氣流路徑設(shè)計(jì)不合理造成電池溫差過(guò)大等問(wèn)題，這些控制和設(shè)計(jì)因素直接影響到風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的可用性，值得相關(guān)技術(shù)人員加以關(guān)注。

2 風(fēng)儲(chǔ)能量管理系統(tǒng)控制策略對(duì)可用性的影響

能量管理系統(tǒng)(energy management system，EMS)實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)信息并從電池管理系統(tǒng)(battery management system， BMS)獲取電池信息以實(shí)現(xiàn)風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的頂層控制功能?？刂撇呗訹12-13]包括5個(gè)控制策略和電池保護(hù)部分，即削峰填谷、計(jì)劃跟蹤、平滑功率、調(diào)壓、調(diào)頻和電池保護(hù)。圖1為風(fēng)儲(chǔ)EMS就地控制結(jié)構(gòu)框圖。無(wú)論風(fēng)儲(chǔ)EMS的控制目標(biāo)如何，其通過(guò)指令直接調(diào)節(jié)的僅是功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(power conversion system， PCS)的有功功率和無(wú)功功率，直接改變的是風(fēng)電機(jī)組低壓側(cè)的有功、無(wú)功功率和頻率。

圖1 風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖

在EMS就地控制系統(tǒng)中，將匯流點(diǎn)三相電壓、電流進(jìn)行P/Q分解，得到風(fēng)電機(jī)組和儲(chǔ)能系統(tǒng)整體輸出的有功和無(wú)功功率，其中測(cè)量計(jì)算得到的有功功率作為功率平滑、削峰填谷、計(jì)劃跟蹤控制的主要依據(jù)，無(wú)功功率作為無(wú)功補(bǔ)償(電壓調(diào)整)的主要依據(jù)。將三相電壓信號(hào)進(jìn)行頻率提取，作為緊急調(diào)頻情況下有功功率輸出控制的主要依據(jù)。其控制策略框圖如圖2所示。

圖2 EMS控制策略框圖

上述控制策略原理簡(jiǎn)單，但根據(jù)理想情況設(shè)計(jì)的控制策略在實(shí)際應(yīng)用中卻無(wú)法正常運(yùn)行。在各種理想的控制策略中，設(shè)計(jì)目標(biāo)是使得交流側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)的充放電能量保持平衡，即能量積分為0。而儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電運(yùn)行過(guò)程中，電池、BMS、PCS、EMS、溫控系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等均有能量損耗，上述能量損耗均發(fā)生在并網(wǎng)點(diǎn)以下(直流側(cè)或者PCS上)，能量的損耗體現(xiàn)為內(nèi)耗。僅考慮理想條件的控制策略無(wú)法使得能量的損失從電網(wǎng)得到補(bǔ)充，結(jié)果導(dǎo)致隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，電池SOC不斷下降。SOC下降速度與電池充放電效率和PCS效率直接相關(guān)。

項(xiàng)目實(shí)施中發(fā)現(xiàn)，如控制策略不考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率損耗，運(yùn)行24 h后2臺(tái)儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)的電池SOC均下降了20%左右。

為確保風(fēng)電-電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行，同時(shí)考慮到SOC估算誤差通常較大的實(shí)際情況[14]，本文采取輔助措施將SOC的運(yùn)行范圍限制在一個(gè)以50%為中心的較窄區(qū)間內(nèi)以避免電池SOC上下越限。采取的措施如下詳述。

(1)在理想控制策略輸出指令的基礎(chǔ)上選擇性地附加功率偏置。由于電池充放電和PCS運(yùn)行的能量損耗對(duì)電池SOC大小的影響是單方向的(使得SOC減小)，因此當(dāng)電池SOC在50%以上時(shí)，直接將理想控制策略的輸出指令作為控制PCS的指令。此時(shí)利用電池和PCS本身的功率損耗使得儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC向著50%運(yùn)行。當(dāng)電池SOC低于50%時(shí)，在理想控制策略輸出指令的基礎(chǔ)上附加使電池SOC向上的充電功率偏置，此功率偏置應(yīng)大于電池和PCS的損耗，以保證SOC向著50%運(yùn)行。

(2)對(duì)偏置功率大小設(shè)置限值。為保證附加的偏置功率不會(huì)對(duì)原控制策略指令產(chǎn)生嚴(yán)重影響，對(duì)偏置功率設(shè)置了上限值。

3 功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)響應(yīng)速度對(duì)可用性的影響

PCS接受來(lái)自EMS的功率指令并執(zhí)行，儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率輸入輸出均通過(guò)PCS進(jìn)行。EMS系統(tǒng)的控制速度由采樣速度、EMS控制算法速度和PCS的指令響應(yīng)速度共同決定。在實(shí)際工程中，PCS的指令響應(yīng)速度低于前兩者，對(duì)風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)控制策略的運(yùn)行效果有著至關(guān)重要的影響。

PCS指令響應(yīng)時(shí)間由EMS與PCS之間的通訊延遲時(shí)間、PCS功率控制環(huán)執(zhí)行時(shí)間構(gòu)成。后者通常為幾到幾十ms，EMS與PCS之間的通訊延遲時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者。

為掌握PCS的響應(yīng)情況，本文對(duì)PCS進(jìn)行了功率指令跟蹤測(cè)試。測(cè)試中以通信指令的形式按照正弦變化規(guī)律給定有功功率，正弦變化周期為15，30，60，90和120 s。指令功率的正弦變化周期為30 s時(shí)，指令功率和測(cè)得的PCS實(shí)際輸出功率的曲線(xiàn)如圖3所示。

圖3 測(cè)試周期為30 s時(shí)的功率跟蹤波形

由圖3可知，PCS對(duì)EMS的功率指令的響應(yīng)存在明顯的滯后，滯后時(shí)間約為1 s左右，且存在一定的抖動(dòng)。上述滯后導(dǎo)致風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)快速的功率波動(dòng)無(wú)法有效平抑，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)總功率波動(dòng)的增加。在內(nèi)蒙古某風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)調(diào)試階段實(shí)測(cè)得到的風(fēng)機(jī)功率波動(dòng)情況即是如此。實(shí)測(cè)得到的風(fēng)機(jī)功率波形和風(fēng)-儲(chǔ)總功率波動(dòng)如圖4所示。

圖4中，功率方向以風(fēng)-儲(chǔ)吸收電能為正，以風(fēng)-儲(chǔ)向外放出電能為負(fù)，故圖中顯示風(fēng)機(jī)輸出功率為負(fù)值。圖4對(duì)應(yīng)的測(cè)試中，平滑功率控制算法按照

圖4 風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)調(diào)試中實(shí)測(cè)功率曲線(xiàn)

濾波時(shí)間常數(shù)為10 min計(jì)算出對(duì)PCS的功率指令直接發(fā)送給PCS，電壓、電流等信號(hào)的采樣速率為 10 kbit/s，時(shí)間窗口長(zhǎng)度為900 s。圖中對(duì)比可見(jiàn)運(yùn)行平滑功率策略后功率波動(dòng)更加嚴(yán)重。

為解決上述不但無(wú)法平抑風(fēng)功率波動(dòng)反而造成總波動(dòng)增加的問(wèn)題，在后續(xù)調(diào)試過(guò)程中，將功率平滑控制算法的控制周期增加到約PCS響應(yīng)時(shí)間的2倍，約2 s，即控制算法的功率指令每間隔2 s給PCS 發(fā)送1次，得到功率平滑效果如圖5所示。

圖5 風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)功率平滑曲線(xiàn)

由圖5可知，風(fēng)機(jī)功率波動(dòng)峰值為900 kW，平滑后的功率波動(dòng)峰值降為425 kW，消除波動(dòng)達(dá)52.8%，平抑效果較為明顯?？刂扑惴ㄖ芷跒? s時(shí)對(duì)應(yīng)控制環(huán)路帶寬為0.5 Hz。根據(jù)香農(nóng)定理，可以分析并濾除的功率信號(hào)的頻率不高于0.2 Hz。實(shí)際工程中可以起到功率平滑效果的頻率要低于該理想情況下的頻率，本文實(shí)測(cè)顯示，對(duì)于0.1 Hz的功率波動(dòng)具有平抑的效果，對(duì)于0.1 Hz以上的高頻功率波動(dòng)則無(wú)法消除。

儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用中經(jīng)常提到緊急調(diào)頻和緊急調(diào)壓功能，值得注意的是上述2種功能的實(shí)現(xiàn)需要儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓和頻率的變化具有ms級(jí)的響應(yīng)速度。以本文PCS的響應(yīng)速度，顯然無(wú)法實(shí)現(xiàn)緊急調(diào)頻和緊急調(diào)壓功能。根據(jù)本文調(diào)研，大多數(shù)商業(yè)化儲(chǔ)能PCS的響應(yīng)速度都無(wú)法滿(mǎn)足上述功能的要求，這值得儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用相關(guān)人員加以關(guān)注。

4 儲(chǔ)能集裝箱結(jié)構(gòu)和布局對(duì)可用性的影響

對(duì)于集中式儲(chǔ)能而言，儲(chǔ)能系統(tǒng)位于建筑物內(nèi)，空間相對(duì)寬松，溫度控制由建筑物的暖通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。本文1機(jī)1儲(chǔ)的風(fēng)電-電池儲(chǔ)能系統(tǒng)采用集裝箱式設(shè)計(jì)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布局設(shè)計(jì)不僅影響儲(chǔ)能集裝箱的強(qiáng)度、系統(tǒng)的運(yùn)輸和維護(hù)，也與儲(chǔ)能系統(tǒng)的溫度管理密切相關(guān)[15]。

圖6所示為儲(chǔ)能集裝箱俯視圖。儲(chǔ)能電池、PCS和EMS布置于儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)。儲(chǔ)能電池4組并聯(lián)，全部布置于集裝箱右側(cè)(以進(jìn)門(mén)為正方向)，左側(cè)空間保留為走道，供巡視和維修使用。由于儲(chǔ)能電池是儲(chǔ)能系統(tǒng)中體積最大、質(zhì)量最重的部件，本文中采取的不對(duì)稱(chēng)布局使儲(chǔ)能系統(tǒng)重心偏右、偏高，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)輸安全不利，中心偏右使得安裝時(shí)左右地基受力不均，提高了對(duì)地基強(qiáng)度的要求。

圖6 儲(chǔ)能集裝箱俯視布局圖

內(nèi)蒙古夏季溫度早晚溫差大，白天最高溫度可達(dá)30 ℃，但時(shí)間短,冬季氣溫可低至零下40 ℃。為針對(duì)性地改善儲(chǔ)能集裝箱的溫控效果，該風(fēng)電場(chǎng)溫度控制采取了夏季空冷、冬季加熱的方式，同時(shí)對(duì)集裝箱內(nèi)部的散熱氣流路徑和加熱氣流路徑進(jìn)行了不同的設(shè)計(jì)。

夏天散熱模式時(shí)，集裝箱側(cè)壁上方的帶風(fēng)扇可開(kāi)閉出風(fēng)口開(kāi)啟，同時(shí)電池底部帶風(fēng)扇可開(kāi)閉擋風(fēng)板關(guān)閉，強(qiáng)迫外部空氣向上通過(guò)儲(chǔ)能電池的間隙，起到強(qiáng)制散熱的作用，氣流路徑如圖7所示。

圖7 儲(chǔ)能集裝箱散熱氣流路徑示意圖

冬季加熱模式時(shí)，電池下方的帶風(fēng)扇可開(kāi)閉擋風(fēng)板開(kāi)啟，右下側(cè)進(jìn)風(fēng)口和左上側(cè)的帶風(fēng)扇可開(kāi)閉出風(fēng)口關(guān)閉，強(qiáng)迫熱風(fēng)進(jìn)行順時(shí)針循環(huán)，起到強(qiáng)制均勻加熱的效果，氣流路徑如圖8所示。

圖8 儲(chǔ)能集裝箱改善后加熱氣流示意圖

除此以外，針對(duì)我國(guó)北方風(fēng)沙大的特點(diǎn)，對(duì)儲(chǔ)能集裝箱進(jìn)風(fēng)口采取了多層濾網(wǎng)的防風(fēng)沙設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)在內(nèi)蒙古某風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行，經(jīng)歷了當(dāng)?shù)叵奶旖?0 ℃的氣溫，秋天的風(fēng)沙和冬天零下30 ℃的嚴(yán)寒，電池溫度維持在15～35 ℃，電池間溫差不大于5 ℃。實(shí)踐證明上述設(shè)計(jì)對(duì)內(nèi)部設(shè)備起到了良好的防護(hù)作用，保證了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)環(huán)境溫度和條件的適應(yīng)能力，同時(shí)集裝箱式設(shè)計(jì)極大地簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)施工，利于設(shè)備的維護(hù)。

5 結(jié) 論

在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)風(fēng)電-電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的過(guò)程中，除了著眼于基本的控制策略功能實(shí)現(xiàn)以外，還需對(duì)其他影響系統(tǒng)可用性的因素加以關(guān)注。

(1)為避免電池、PCS、BMS、EMS、溫控系統(tǒng)和消防系統(tǒng)的能量損耗導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量持續(xù)降低，在風(fēng)儲(chǔ)能量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需要對(duì)上述損耗加以補(bǔ)償，選擇性功率偏置可以起到良好的效果。

(2)PCS的指令響應(yīng)速度對(duì)風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)控制策略的運(yùn)行效果有著至關(guān)重要的影響。PCS響應(yīng)速度較低時(shí)，功率平滑效果將受到影響，如果與EMS指令周期配合不當(dāng)甚至?xí)m得其反。EMS指令周期需大于PCS的響應(yīng)時(shí)間。

(3)風(fēng)電-電池儲(chǔ)能系統(tǒng)采用集裝箱式設(shè)計(jì)極大方便了儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)輸、施工和維護(hù)。儲(chǔ)能系統(tǒng)的溫控管理設(shè)計(jì)需要對(duì)散熱氣流和加熱氣流路徑分別加以考慮方可起到良好的熱管理效果。

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梁 嘉(1984)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)楣夥?、?chǔ)能、集成技術(shù)研發(fā)等；

孫洋洲(1978)，男，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)樘?yáng)能電池、電池儲(chǔ)能技術(shù)等；

凌志斌(1976)，男，副教授，主要研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電、電池儲(chǔ)能技術(shù)等。

(編輯 張小飛)

Availability of Distributed Wind Power-Battery Energy Storage System

ZHANG Minji1, LIANG Jia1, SUN Yangzhou1, LING Zhibin2

(1.New Energy Research Center of CNOOC Research Institute , Beijing 100015, China; 2.School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

Based on the design and operation of a real wind power-battery energy storage system, this paper analyzes the key factors that affect its availability. The results show that: the design of energy management system should consider the power compensation control to offset the internal power loss of the energy storage system; the response time of power conversion system (PCS) has the important influence on the system performance, so the power instruction cycle of control algorithm should be designed according to the response time of PCS; the structure and layout of the energy storage system have important influence on its environmental adaptability. The availability of wind power-battery energy storage system has important influence on its practical application. This paper proposes the corresponding solutions for the application of wind power-battery energy storage system, which can provide reference for the popularization and application of wind storage system.

wind storage system; energy management system; power conversion system (PCS) response time; temperature control design

中海油總公司科技項(xiàng)目(ZHKY-2012-ZY-XNY-01)

TM 614

A

1000-7229(2016)11-0029-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.11.005

2016-06-29

張敏吉(1979)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)樘?yáng)能電池、儲(chǔ)能技術(shù)及項(xiàng)目管理等；