新能源发电与储能在泗洪电网中的协调控制研究

摘要：近年来新能源发电在泗洪地区得到了快速发展，同时也给泗洪电网带来了不稳定因素。为了充分发挥大规模储能系统具有的能量存储缓冲的特点，将储能系统分别配置在各个新能源的发电系统侧，实现平抑功率波动和降低谐波的作用。

关键词：泗洪电网；新能源发电；储能系统；平抑功率

【引言】：国家大力发展分布式电源，电动汽车（Electric Vehicle， EV）、直流电机、通信电源、光伏发电、燃料电池等各种技术的迅猛发展和广泛应用，各种直流微源和直流负荷的大量涌现，环境友好、绿色清洁能源发电的技术日益成熟，政府对环境保护的愈加重视，整个宿迁地区新能源源发电已经接近用电负荷的40%。泗洪位于宿迁市南部，具有土地利用率不高，荒滩沼泽地面积广特点，临近洪泽湖天岗湖地段，具有风力资源丰富，日照充足等特点，水产养殖业发达。光伏发电可以巧妙的结合当地养殖业，在鱼塘、螃蟹塘里建光伏电站，实现“渔光互补”，水上的太阳能电池板发电，不影响水下养鱼、养蟹，充分响应了江苏省的光伏扶贫政策，增加老百姓收入。同时泗洪靠近洪泽湖、天岗湖的乡镇处于电网的负荷的边缘，电能从城区用高架线路输送，其基建成本高，损耗大，新能源发电接入当地电网，可以大大降低电能损耗。为响应国家可再生能源发展规划，优化泗洪电网结构，加快泗洪县新能源产业发展，坚决贯彻可持续发展的战略方针，泗洪近年来大力发展新能源发电。但是光照，风速等天气状况具有很强的波动性，造成新能源发电具有很强的随机性，不为人所控制，进而造成新能源电站发电功率波动性明显，增加注入电网的谐波，影响当地电网稳定，降低提供给用户的电能质量。

为了应对新能源发电的波动性对泗洪电网冲击，将大规模储能系统应用于新能源发电侧。目前储能系统受到重视的有空气压缩储能系统，和大型蓄电池系统。空气压缩储能系统将新能源发出的电能带动电动机转动，压缩空气，在需要释放能量时，缓慢放出空气，推动发电机发电，起到能量存储的作用。鉴于泗洪地区变电站已经全部采用了蓄电池储能系统，且蓄电池储能系统具有维护成本低优势，所以本文将只分析蓄电池储能系统在新能源发电中的应用。

1、新能源项目介绍

泗洪新能源电站达到十几个，已经投产的新能源发电有“龙集协和风电”，“梅花永乐光伏电站”，“泗洪佳讯光伏一期（9MW）”，“泗洪佳讯光伏二期（16MW）”，“魏营三有光伏电站”，“阿特斯光伏（10MW）”，“泗洪天崗湖光伏（109.9MW）”，正在建设的有“南京高传机电天岗湖风电（49.5MW）”，这些新能源电站通过整流逆变接入35kV或者110kV电压等级电网。

1.1 孙园三有光伏电站接入工程

孙园三有光伏电站逆变器输出电压为10KV，通过升压变压器将电压提高到35kV接入电网，三有孙园15MW光伏电站以35kV电压等级接入系统，该项目总发电容量为15MW，由12个光伏发电子单元组成，每个子单元发电容量1.25MW，由2 台630KW 光伏并网逆变器、1台1250kVA升压变压器以及相应的监控单元等相关设备组成，单个1.25MW光伏升压单元一次接线示意图如图1所示。12 个1.25MWp 太阳能产生的直流电经光伏并网逆变器逆变成交流电后就地升压成35kV，通过高压电缆送至35kV配电室35kV 母线，汇流后经1回35kV线路 接入系统电网。如图1所示：

1.2 梅花镇40MW渔光互补光伏工程

本工程共装设40MW光伏组件，考虑系统安装和维护的方便，把40MW并网发电系统分为37个光伏子系统，每个子系统分为32 个1MW和5个1.6MW 光伏并网发电单元，其中32MW光伏并网发电系统中每个发电单元由1 MW 光伏方阵、19 台50KW 光伏并网逆变器、1台1000kVA箱式升压变压器以及相应的监控单元等相关设备组成，另外8 MW光伏并网发电系统中每个发电单元由1 .6MW 光伏方阵、30 台50KW 光伏并网逆变器、1台1600kVA箱式升压变压器以及相应的监控单元等相关设备组成。根据计算，本光伏站无功缺额为7442.7kvar，感性无功缺额为286.16kvar。

2、新能源发电与蓄电池储能系统的控制策略

2.1 新能源与电池的三种控制策略

新能源发电通过整流环节和逆变环节接入电网，蓄电池可以直接通过逆变环节接入电网，即新能源发电和蓄电池最后都是通过逆变环节接入电网，对逆变器控制主要有PQ（有功/无功）控制，V/f（电压/频率）和下垂控制。

新能源发电和储能采用PQ控制，输出恒定的有功功率和无功功率，便于大电网对新能源发电的管理，但是不能维持恒定的频率和电压。而采用V/f控制，新能源和蓄电池将输出恒定的电压和频率，可以维持恒定的频率和电压，适用于微网孤岛运行模式。下垂控制具体包括电压下垂控制和频率下垂控制，电压下垂控制中，电压越低，输出的无功越大；频率下垂控制中，频率越低，输出的有功功率越高，可以通过调整逆变器输出的频率和电压，自动的分配功率。

2.2 复合控制策略

新能源发电在并网发电和孤岛运行时，分别采取不同的控制策略，即当孤岛运行时，将储能系统作为主体单元，采用V/f控制，而光伏单元采取下垂控制，以便大型储能系统控制稳定电压和频率，而光伏单元可以根据电压和频率自主分配有功和无功；当并网运行时，由于主电网提供电压和频率支撑，新能源发电采用下垂控制，而储能系统通过充放电来平抑新能源发电功率波动，稳定电网潮流，从而减少新能源发电对电网冲击。在平抑功率波动方面，蓄电池不采用恒定的充放电方式，而是根据新能源发电的功率波动大小来决定蓄电池的充放电功率。设定某一时刻，系统平衡，蓄电池充放电功率为零，当新能源发电功率降低时，则蓄电池DC/DC变换器处于Buck工作模式，蓄电池充电；当新能源发电功率增加时变换器工作于Boost模式，蓄电池放电。endprint

3、蓄电池储能系统的智能管理

分布式电源的储能装置要发挥能量缓冲的的功能，就是要在任意时刻，既可以从电网存储电能，也可以对向电网释放电能，就要对储能装置的荷电状态剩余容量SOC（state of charge）进行恰当的管理。

通过对混合储能装置的能量进行管理，使储能装置的荷电状态剩余容量SOC保持一个恰当的水平，即当一定的风速和光照强度对应储能装置适当的荷电状态。例如：当风速达到最大时，风力发电机的储能对应的应该是最高荷电状态。由于下一时刻风速是下降的，对应的风力发电机输出功率降低，需要储能装置提供功率，通过对荷电状态进行管理，这时储能装置恰好可以提供最多的电能来应对风速降低带来的功率降低。

通过储能装置控制器，通过检测并网点的功率，计算出并网点功率与设定值的差别，然后通过蓄电池控制器调节蓄电池增发功率差额。储能系统犹如弹簧一样，具有能量存储和缓冲作用，保证光伏微源注入电网的功率恒定，谐波含量低输出。

利用计算机MATLAB进行仿真，通过模拟電网参数，得出在未采用储能前，新能源发电通过电网公共点注入主网的谐波如表1所示，根据Q/GDW 617 -2011《光伏电站接入电网技术规定》，其二次谐波已经接近了规定值的上限。而采用了蓄电池储能系统，其谐波次数大大降低。

结语

在新能源发电侧配置大规模储能系统，新能源发电和储能系统采取合适的控制策略，同时对储能系统SOC进行智能管理，可以平抑光伏和风力发电的功率波动，降低新能源发电注入主电网的谐波含量，提高了提供给客户的电能质量。

【参考文献】：

[1]于芃，周玮，孙辉，等.用于风电功率平抑的混合储能系统及其控制系统设计[J].中国电机工程学报，2011（17）：127-133

[2]张犁，孙凯，吴田进，等.基于光伏发电的直流微电网能量变换与管理[J].电工技术学报，2013（02）：248-254

[3]王成山，武震，杨献莘，等.基于微型压缩空气储能的混合储能系统建模与实验验证[J]. 电力系统自动化，2014（23）：22-26

[4]张新松，顾菊平，袁越，等.基于电池储能系统的风功率波动平抑策略[J].中国电机工程学报，2014（28）：4752-4760

[5]毕大强，范柱峰，解东光，等.海岛直流微电网自治控制策略[J].电网技术，2015，39（4）：887-892.

作者简介：桂永光，男，硕士研究生，助理工程师，从事电力系统运行控制与继电保护技术endprint