鄭東青 辛東昊 王立強(qiáng)

摘要：本文對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了研究，首先分析目前風(fēng)電并網(wǎng)的主要問(wèn)題，然后介紹儲(chǔ)能技術(shù)，最后分析如何使用電子開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，改變儲(chǔ)能的效果，保證風(fēng)電并網(wǎng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電并網(wǎng);儲(chǔ)能技術(shù);研究進(jìn)展;問(wèn)題

引言：風(fēng)電系統(tǒng)在輸出功率上具有明顯的不穩(wěn)定性，收到風(fēng)力的影響，往往會(huì)存在比較大的波動(dòng)，嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)的穩(wěn)定。為此，需要合理使用儲(chǔ)能技術(shù)，配合電子開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，來(lái)發(fā)揮儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用，滿足對(duì)電網(wǎng)調(diào)控的要求。

一、風(fēng)電并網(wǎng)存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的風(fēng)電并網(wǎng)普遍存在輸出功率不穩(wěn)定的問(wèn)題，導(dǎo)致風(fēng)電并網(wǎng)的安全性和可靠性比較低，會(huì)面臨能量轉(zhuǎn)換接口動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性等問(wèn)題。

1.1 運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題

風(fēng)電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題是保證傳統(tǒng)電力系統(tǒng)高效運(yùn)行的基礎(chǔ)，對(duì)于風(fēng)電并網(wǎng)的在運(yùn)行過(guò)程中主要出現(xiàn)的若穩(wěn)定性和強(qiáng)干擾性的問(wèn)題，是給電力系統(tǒng)穩(wěn)定性造成威脅的主要不穩(wěn)定因素。穩(wěn)定性的保證需要基于負(fù)載的動(dòng)態(tài)特性，在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)功率的實(shí)時(shí)平衡來(lái)完成，包括系統(tǒng)中的干擾問(wèn)題，都以這種方式解決。無(wú)論是大擾動(dòng)還是小擾動(dòng)，對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性都是傳統(tǒng)技術(shù)性問(wèn)題，結(jié)合相關(guān)的專(zhuān)業(yè)研究，在風(fēng)電并網(wǎng)的安全性的運(yùn)行機(jī)制中采用動(dòng)態(tài)控制的防御機(jī)制。目前，風(fēng)電并網(wǎng)的可靠運(yùn)行主要來(lái)自于兩點(diǎn)，包括動(dòng)態(tài)有限源控制，對(duì)風(fēng)力系統(tǒng)和相位頻率波動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制;動(dòng)態(tài)無(wú)功功率控制，使用電力系統(tǒng)中的電壓波動(dòng)進(jìn)行抑制，達(dá)到動(dòng)態(tài)控制的目的。但是，風(fēng)電的波動(dòng)性和不確定性，以及風(fēng)電所具有的的弱穩(wěn)定性和弱免疫力是影響風(fēng)電長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)某Ｒ?jiàn)影響因素，并且在機(jī)電動(dòng)態(tài)尺度的干擾下，很難保證穩(wěn)定性。

1.2 功率可控性問(wèn)題

從工程的實(shí)際運(yùn)行角度分析，以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的功率可控性內(nèi)容作為基礎(chǔ)，可以保證對(duì)功率可控性，在處理的過(guò)程中，通過(guò)變化功率，能夠保證可控性的問(wèn)題得到解決。在風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電過(guò)程中，有效輸出會(huì)隨著風(fēng)俗的波動(dòng)不斷產(chǎn)生變化，一般情況下，發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能提供的額定功率輸出時(shí)間都是用慣性時(shí)間常數(shù)來(lái)表征，如果慣性時(shí)間常數(shù)比較小，那么其宣傳功率也可能比較小，從而在故障期間，系統(tǒng)的頻率則會(huì)加快。

1.3 ECS動(dòng)態(tài)響應(yīng)問(wèn)題

目前，絕大多數(shù)渦輪機(jī)都是通過(guò)電力電子接口連接，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)不同，而且，風(fēng)力渦輪機(jī)的控制策略都是在他們連接在強(qiáng)電網(wǎng)的前提下設(shè)計(jì)的，但是很多風(fēng)力發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)都是采取長(zhǎng)距離大規(guī)模連接的方式，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間的連接相對(duì)比較弱。這就導(dǎo)致傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制和故障保護(hù)措施難以有效應(yīng)付問(wèn)題，必然導(dǎo)致風(fēng)力影響系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。風(fēng)電可控性和ECS動(dòng)態(tài)響應(yīng)是風(fēng)電并網(wǎng)的主要問(wèn)題，由于風(fēng)電本身有較強(qiáng)的不可控性，導(dǎo)致電力供應(yīng)的穩(wěn)定性不足，或者存在供應(yīng)不充足的問(wèn)題，一般采用有功控制和無(wú)功控制兩種方式。傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)的角度來(lái)看，有功控制是保證整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸出功率的主要方式，但是由于風(fēng)力渦輪所存在的特殊機(jī)制，以及風(fēng)力有不規(guī)則變化，導(dǎo)致風(fēng)力的可控性非常差，還有很多需要解決的問(wèn)題。

二、儲(chǔ)能技術(shù)概述

儲(chǔ)能技術(shù)方式包括化學(xué)能力儲(chǔ)存、物理能量?jī)?chǔ)存、電磁能力儲(chǔ)存和相變能量?jī)?chǔ)存四種類(lèi)型，其中物理儲(chǔ)能包括泵送、壓縮空氣、飛輪這幾種儲(chǔ)能方式;電磁能量?jī)?chǔ)存包括超導(dǎo)電磁能儲(chǔ)存和超級(jí)電容能量?jī)?chǔ)存;化學(xué)能連儲(chǔ)存目前主要使用鉛酸蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能、鋰離子蓄電池儲(chǔ)能、鈉硫電池儲(chǔ)能;相變能量存儲(chǔ)包括冰存儲(chǔ)能量、箱變建筑材料能量?jī)?chǔ)存。隨著電網(wǎng)的智能化發(fā)展，箱變儲(chǔ)能將會(huì)在需求側(cè)發(fā)揮出更大的作用，由于不同的儲(chǔ)能模式都有各自的響應(yīng)速度、能量、經(jīng)濟(jì)效益，所以可以發(fā)揮出各自的優(yōu)勢(shì)。

儲(chǔ)能技術(shù)利用電子開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能等形式的能量，從而保證整個(gè)能量在有效轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，讓相應(yīng)的動(dòng)力釋放得到有效實(shí)施。由于使用電子開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換具有有功和無(wú)功的調(diào)節(jié)功能，能夠保證ESS在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的正確配置和使用，從而有效保證風(fēng)電系統(tǒng)的可控新、穩(wěn)定性，最終提升電能質(zhì)量，并且降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

三、儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1 提高風(fēng)電低壓穿透力

風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)低壓電穿越這種問(wèn)題，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到了嚴(yán)重的影響。為此，需要提升風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)，滿足風(fēng)電并網(wǎng)的穩(wěn)定性要求。通過(guò)不斷優(yōu)化電力系統(tǒng)的控制策略，以及加大在硬件方面的投入，讓電力系統(tǒng)能夠在低壓電穿越這種問(wèn)題的應(yīng)對(duì)能力上有所提升。但同時(shí)，采用這種方法也會(huì)導(dǎo)致大量的資金投入，一般情況下電力系統(tǒng)都會(huì)通過(guò)配置電子開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)增加系統(tǒng)的低壓電穿越能力，而且由于電網(wǎng)的故障往往是短暫的，所以儲(chǔ)能系統(tǒng)需要具有較快的反應(yīng)能力，可以在故障的時(shí)候有效掛起網(wǎng)絡(luò)。

3.2 平抑功率波

風(fēng)電系統(tǒng)電能質(zhì)量低，并網(wǎng)后電網(wǎng)穩(wěn)定性差，根本原因在于輸出本身就存在一定的波動(dòng)，而且具有較高的控制難度。所以，通過(guò)引入電子開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行控制，在風(fēng)電接入到電網(wǎng)中時(shí)，可以減小因?yàn)轱L(fēng)速的隨機(jī)變化導(dǎo)致的電網(wǎng)輸出功率影響，避免電網(wǎng)有過(guò)強(qiáng)的輸出波動(dòng)。近年來(lái)，在電子開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)抑制風(fēng)電波動(dòng)的研究很多，包括單機(jī)應(yīng)用和風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用。目前，有研究提出在雙饋異步發(fā)電機(jī)的母線上并聯(lián)超級(jí)電容器，用于通過(guò)相關(guān)控制策略來(lái)減弱風(fēng)力發(fā)電機(jī)的波動(dòng)。針對(duì)這種方式，在儲(chǔ)能和波動(dòng)的有效性研究上發(fā)現(xiàn)，改善穩(wěn)定性主要來(lái)取決于風(fēng)機(jī)的輸出。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)中的各種單元，由于尾流效應(yīng)的影響和許多相關(guān)因素，導(dǎo)致難以準(zhǔn)確地進(jìn)行輸出功率的預(yù)測(cè)，所以在實(shí)踐當(dāng)中實(shí)現(xiàn)是比較困難的。為此，可以采用模糊控制和在飛輪儲(chǔ)能裝置并聯(lián)母線上使用永磁風(fēng)力同步單元儲(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)功率波動(dòng)的抑制。

3.3 參與系統(tǒng)頻率控制

由于風(fēng)電輸出的頻率輸出具有隨機(jī)性、薄動(dòng)心和爬升性，所以在實(shí)際的應(yīng)用中很難對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)作出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和調(diào)控，尤其是對(duì)在電網(wǎng)的輸出功率變化比較大的時(shí)候，就容易出現(xiàn)響應(yīng)不足等問(wèn)題，并且會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)不靈敏等問(wèn)題，導(dǎo)致電網(wǎng)難以有效協(xié)調(diào)調(diào)頻任務(wù)。而且在大規(guī)模風(fēng)電集成的情況下，也將會(huì)對(duì)電網(wǎng)的功率控制難度產(chǎn)生更為嚴(yán)重的影響。為了保證電力系統(tǒng)的有功功率平衡，確保電力系統(tǒng)有大規(guī)模風(fēng)電接入的穩(wěn)定性，需要有與風(fēng)電容量相同的備用電源，并且使用電子開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)調(diào)節(jié)雙向功率，可以改善風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)頻特性，滿足雙調(diào)的要求，確保經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。在使用電子開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)頻中，可以借助能量轉(zhuǎn)換來(lái)分析系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定因素，通過(guò)不同的儲(chǔ)能行駛進(jìn)行規(guī)范化的調(diào)整，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)做好規(guī)范和技術(shù)內(nèi)容的分析，實(shí)現(xiàn)相關(guān)工程應(yīng)用環(huán)節(jié)的有效性，同時(shí)還要做好對(duì)電池的優(yōu)化，保證電池的使用壽命。

結(jié)束語(yǔ)：風(fēng)電由于本身具有不穩(wěn)定性、波動(dòng)性，導(dǎo)致并網(wǎng)工作存在一定的困難。通過(guò)合理使用技術(shù)有利于提升穩(wěn)定性，降低波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響。使用電子開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，能夠確保電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，有效利用風(fēng)能，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)的清潔化。

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