风电并网中的储能技术研究

李伟强 纪晓宁

摘要：储能技术的研究是进行风电并网后建设集约型能源形态的基础性环节之一。基于此，本文就风电并网中的储能技术进行分析，从现阶段存在的问题入手，在改善LVRT、电力系统功率波动优化、系统频率以及电能质量的改善方面展开储能技术应用的探究，并在数字建模、系统控制、经济性、技术突破等方面给出完善储能技术在风电并网后的优化建议，以此为储能技术的有效应用提供参考。

关键词：风电并网;储能技术;研究

引言：电力系统的优化建设是面对资源以及污染双重阻碍下，为寻求能源结构的改善、提升能源可再生能力、满足可持续发展战略需求的必然举措。风力发电技术是一种以风为动力执行的清洁性能源构建，但在实际使用的过程中，风力发电极易因环境因素的影响而出现失稳的情况，因此，面对风电并网后能源形态的波动，储能技术的研究成为提升能源间互补性的必要手段，可以有效拉伸电网的安全性与稳定性。

1.储能技术在风电并网中存在的问题

风电技术的应用为能源的可再生提供了新的发展途径，是清洁能源开发的重点，正逐步成为我国能源建设的新的组成部分。但由于风力发电在我国存在的时间较晚，其实践性有待于进一步的加强。风资源具有随机波动性和间歇性的特性，使得风力发电的输出功率具有随机波动性和间歇性的特点。造成这种原因往往是多方面的，一方面是风电系统往往在电网末端且规模化发展，大规模的风电并网，造成发电时间比较集中，受风资源的影响较大，这些主要包括风场相近，风力特点相似，在发电的出力时也有着相似度，这样在供电的时候风力大的情况时供电量就强，在风力弱的情况中供电就弱[1]。另一個方面，在我国风力发电的并网模式中，现有的风电机组在设计时理念就是根据并网是强电模式进行设计，但是在实际的操作过程中，由于并网采用的是远距离模式，在这种方式下，就会造成电力网和电机组在连接时相对较弱，这种情况下，传统的电网故障保护措施和稳定性控制系统就不能及时、有效的应对，使电力系统在运行时造成不稳定性。为了保证电网的安全性和稳定性，电网公司对风力发电机组并网做出了严格的规定，主要包括了无功调节能力、故障穿越、最大出力等内容进行详细的规定。

2.风电并网中的储能技术的应用

2.1强化风电系统的低电压穿越能力

一般在风电并网中存在着物理、化学、电磁、相变四类技术，其相应时间、功率规模、储能容变各不相同，需要在使用过程中，进行有针对性的选择，以此保证在技术使用过程中，其经济效益的最大化提升。随着电力发电技术的发展，其储能技术的应用带动了现阶段电网建设效能的进一步拉升。低压穿透问题是风电并网过程中的突出问题，其主要是指在接入公共连接点后，风力发电机相应的并网点出现电力减弱的情况，这是LVRT可以起到保持风电机的并网状态，并提供无功功率运行，甚至恢复电网的作用。储能技术的有效应用可以对于LVRT进行一定的强化。

2.2平仰功率波动

在进行风电转化的过程中，由于风力发电的不稳定性，相应的电力系统功率也会因此产生较大的波动，并且这种波动运用常规的方式很难对其进行有效的控制。在引入储能技术后，其可以对于电网的波动以削弱峰值填补低值的作用，对于电网系统进行一定的波动平衡，进而有效的改善电网波动状态。例如：单机层面，可以使得超级电容器与机组中的直流母线进行并联，利用超级电容器对于电容的快速缩放来对于电流进行急速的调整，以此形成对于电力系统波动进行控制的目的。在实际的应用过程中，由于尾流效应以及塔影效应等因素的影响，需要对于风电机组的运作情况进行有针对性的预测，以此提升实践中对于操作的补充性[2]。

2.3参与系统频率控制

电网的频率是决定用电安全以及电力设备运行可靠性的重要基础，因此，不可以使其进行大幅度的波动，通常电网上下浮动的频率要保证其在0.2赫兹的范围内进行起伏，但风力发电引入电网后，哟路与风电机组自身缺乏对于一次性的调节能力，因此不能很好的对于系统的波动频率进行控制，这一情况与电网的实际需求有一定的差距。储能技术的应用，可以对这一情况进行有效的遏制。例如：储能系统的设置可以通过二次调频的方式进行发电负荷的调整，进而对于风电机组的输出进行有效的限制，通过双向调节的方式，提升输出功率的准确性，以此实现对于系统频率的改善。

2.4提升风电系统的稳定性

由于极端天气等因素的影响，技艺引发机组瞬间不平衡功率的出现，进而引发系统内部的电压以及频率等产生波动，导致对于风电并网系统稳定性的影响。储能技术的应用可以实现有功、无功功率的切换，进而对于并网系统的功率与电压的情况进行有效的调节，进而利用短时的动态补偿实现对于电压波动的调整，进而优化电网的稳定性，进而对于电能的质量可以做到有效的提升。

3.优化风电并网中储能技术的途径

3.1储构建能系统及其数学建模

电力系统中现有的储能方式具有形态与方式各异的特点，其表现出来的特性也具有不同的特色，因此，为保证对于系统的有效优化，需要解决应用过程中对于ESS的适应性问题。依据风电并网的规模在实际的操作过程中，以单一的方式进行问题的解决相对来说缺乏现实意义，在经济、容量、响应等方面需要进一步的优化。因此，需要建立相应的数学模型，来提升ESS模式在不同场景与控制体系中的不同特点，进而为问题的有效解决建立基础，通过在数学模型中建立对应性的单元，提升此问题的解决能力。

3.2储能系统的控制策略

为保证对于ESS模式的使用效率，需要通过合理的利用对于储能技术的控制措施，提升其经济性以及强化储能容量中直接关系作用的表现。ESS模式的使用在长期的实践过程中，已经由原有的单一模式，发展为多元化、特性各异的综合性系统，并且可以对于指令进行分时段的实行以及统一执行，功用的提升加深了控制方面的复杂化。此外，多元复合储能系统以及风电储能联合协调系统的多元协调控制，使得控制策略的制定与实施在整个电力系统运作过程中具有重要的地位，因此，强化对于储能系统的控制是未来发展的重要方向[3]。

3.3储能系统的经济性思考

在储能系统的应用过程中，由于其在循环寿命，平衡约束、系统规模等方面的限制，加之其技术性以及安全性等因素的综合影响，导致储能系统的现阶段应用中其成本较高。在未来的发展中，将储能系统作为一个独立的电源应用于电力系统中是其发展趋势，因为为保证储能系统的规模化应用，进一步提升风电资产的利用率，应在配置储能系统的同时，对于投资回报的认可度等方面作进一步的经济性研究，进而提升储能系统应用过程中的经济性。

3.4突破技术的应用障碍

现阶段储能系统的应用范围与效果有限，一些技术还存于理论层面，为保证储能技术的进一步突破，需要通过现有技术的创新与改进，提升储能技术在电压波动、功率变化、频率制约等方面的实际应用效能，进而保证进一步拉伸储能技术的应用价值。例如：在LVRT问题的处理过程中，简单的控制不能解决实际问题的根本，暂态电能过剩的问题依然存在，二次调频的措施会由于信号延迟以及发电速度等因素的存在降低其调节的效能，因此需要对于现有技术做进一步的优化，并提升其与关联技术的联动性来加深技术的可操作性。

结论：综上所述，为保证电网建设效能的进一步提升，需要对于现阶段风电并网后存在的突出问题，利用储能技术的有效提升，对其做进一步的完善。因此，需要相关的从业人员拓展思维、开拓视野，以创新的方式进行电网建设，以此发挥风电并网后，电力系统的应有效能。

参考文献：

[1] 陈红.风电并网中的储能技术探讨[J].电工技术，2019（18）：133-134.

[2] 王思渊.面向大规模可再生能源并网的储能规划研究[D].浙江大学，2019

[3] 苏坤林.储能技术在大规模新能源并网中的运用研究[D].华北电力大学（北京），2019.