储能系统对新能源电站并网的影响

王海刚

（南京南瑞继保工程技术有限公司，江苏南京 211100）

引言

在“双碳”目标背景下，在各个电站中新能源装机的占比不断增加，但由于在新能源当中，风能、太阳能等由于其本身存在极强的随机性和间歇性，因此使得风力发电和光伏发电的有功功率经常出现频繁地波动，进而造成风力发电与光伏发电等新能源电站的出力存在不稳定性问题。储能系统是一种能够有效抑制新能源在供电时出力波动的系统，在引入这一储能系统时，可以有效提高新能源电站的稳定性，进而为电力供应的可信度提供保障，还能够降低电力系统整体备用容量，无论是在经济层面还是社会层面都具有更大的应用优势。当前现有储能系统的应用可从能量管理和储能技术应用两方面为新能源电站提供有力帮助[1-3]。为进一步促进储能系统的应用优势，现以某新能源电站为例，探究在不同条件下储能系统对新能源电站并网的影响。

1 实验材料与方法

1.1 实验研究对象

为探究储能系统对新能源电站并网的影响，选择以某地区新能源电站为依托，该新能源电站所在地区总体特征展现为：可利用小时数高、电价低和“两个细则”低。该地区燃煤基准为0.3024 元/ kW·h；交易电价中光伏发电为0.2201 元/ 千瓦时，风力发电为0.2045 元/kW·h；限电比例中光伏发电为2.13%，风力发电为6.27%；“两个细则”考核比例中，光伏发电为3.25%，风力发电为11.25%。

1.2 实验设备

为实现对储能系统对新能源电站并网的影响探究，实验前需要准备的设备包括蓄电池、电压放大测试器、绝缘耐压电流测量仪等。其中储能系统中的蓄电池选用LEOCH95-5640 型号蓄电池，该型号蓄电池的额定电压为12 V；自身重量为5.4 kg；转化效率为99%；容量为18 AH；尺寸规格为181.2*76.2*165.2 mm（长*宽*高）。除此之外，LEOCH95-5640 型号蓄电池具有不易漏液、无需加水、导电性优和密封性好等优势，将该型号蓄电池应用到本实验当中，可为实验结果提供更高的精度条件[4]。在对电压放大测试器选择时，PINTECH87-41650 型号，利用该型号电压放大测试器实现对实验过程中新能源电站和储能系统运行电压的测定[5]。最后在对绝缘耐压电流测量仪选择时，选用SECULIF8674-640 型号绝缘耐压电流测量仪。在完成对上述主要实验设备的选择后，还需要对起到辅助作用的附件进行选择，包括各种特制线缆、热敏打印机、条形码阅读器、三相延长线配置器、漏电测试用钳表、温度传感器等，可选择常规使用的设备型号[6]。

1.3 实验研究对象建模

在明确实验研究对象以及实验中所需设备后，在具体分析时，可首先完成对该新能源电站配置储能全面可调节的电能比例进行计算，其公式为

式中：

g 为新能源电网在配置储能后时移电量占总电量的比重；

b 为配置能源的实际占比；

c 为储能时间长度；

d 为新能源电站并网循环频率；

e 为循环天数；

f 为充放电深度；

a 为运行的小时数。

在明确电能比例后，为方便后续研究，对新能源电站模型进行建立，在并网后，新能源电站当中包含的内容有风力发电系统、光伏发电系统以及储能系统[7-8]。选择将新能源电机的发电能力作为模型输出，其公式如下

式中：

为了便于分析，如图4所示在典型分解曲线上进行相应的标记。加热起始时间点为t = 0 s，质谱仪信号值第一次大于10-11 mol时间点为t1，对应温度曲线上温度值为T0，质谱仪信号峰值时间点为t2，峰值大小为 Mm，对应温度为 Tm，质谱仪信号值最后一次大于 10-11 mol时间点为 t3，t0、t1、t2、t3之间的时间间隔分别为Δt1、Δt2、Δt3。将不同加热速率下的各参数对比汇总于表1。

Pw为新能源电机发电能力；

ρ 为空气密度；

Cp为新能源利用系数；

λ 为叶建速比/光照强度；

A 为发电机叶片的扫掠面积；

vw为发电速率。

根据新能源发电的特点，在其输出转矩的基础上，额外增加一个幅值相对较小的，具有周期性变化特征的转矩波动，因此实现对外界环境干扰状态下对新能源发电运行的模拟[9]。在此基础上，再建立储能系统模型。以Ui表示储能系统蓄电池内部电压；UDC表示直流电压；IDC表示直流电流；Li表示储能系统中蓄电池内部电抗；Ri表示储能系统中蓄电池内部电阻。在明确储能系统核心蓄电池的基本结构后，结合蓄电池本身具有的充放电特性以及其参数之间的非线性关系，构建储能电池的数学模型如下

式中：

Unom为储能系统中电池的额定电压；

uset为储能系统电压输入信号的设定数值。

在上述模型基础上，为实现对储能系统在实验过程中的运行调节，在并网时，若存在不匹配现象，则通过频率差值中的比例计分函数可进行调节，确保并网的有效。

1.4 实验方法

针对储能系统与新能源电站的并网模拟，设置下述两种方案，其中第一种为新能源电站中风力发电机组与光伏发电机组单独配置，并分别实现与储能系统的并网；第二种为新能源混合电站与储能系统并网出口处集中配置[10]。首先将新能源的电站当中风力发电和太阳能发电结合到一条母线上，再用一条很短的线路将其与并网节点连接起来，达到并网目的。为了更加方便对风速扰动条件下储能系统对新能源电站并网的影响，将随机风的变化范围进行扩大，并在这一过程中记录电压与风速之间的关系。

2 实验结果分析与讨论

2.1 风速扰动条件下储能系统对新能源电站并网的影响

针对风速扰动条件下储能系统对新能源电站并网的影响，在完成上述实验模拟后，记录风速与电压之间的关系，见表1。

表1 风速与并网电压关系表

从表1 中记录的实验数据可以看出，在不同风速条件下，并网后电压均控制在0.9755 pu 左右，电压并没有受到风速变化的影响。因此，通过上述得出的结果能够初步说明，在并网后的某一节点上，当出现风速扰动情况时，电压不会受到其影响，始终保持在一定范围内发生小幅度的改变。在上述基础上，再针对风速扰动条件下并网后出力情况进行记录，并分别对两种不同并网方式的出力变化进行统计，得到如表2所示的实验结果。

由表2 可知，当风速发生改变时，由于新能源电站当中的风力出力会呈现出随机性的波动，因此对整个新能源联合出力会产生一定影响。

表2 风速扰动条件下并网后出力变化记录表

2.2 三相短路故障条件下储能系统对新能源电站并网的影响

在明确风速扰动条件下，储能系统的加入对新能源电站并网的影响后，再从三相短路故障条件下，对储能系统对新能源电站并网的影响进行分析。根据上述论述可以，选择在3.0 s 时间点在某一线路上增加三相短路故障，针对这一故障发生时，新能源电站并网的运行电压进行记录，并绘制成如图1 所示的实验结果图。

图1 三相短路故障发生时并网电压变化记录图

由图1 可知，在三相短路故障清除后，电压出现了小幅度的波动后快速上升到正常电压以上，并快速恢复到了正常电压。在增加储能系统后，再针对三相短路故障时的出力情况进行记录，并将结果绘制成表3 所示。

由表3 可知，储能系统设计所吸收的有功功率小于原本设定的控制目标，而吸收的有功功率会在一定程度上缓解三相短路故障情况下新能源电站并网出力对电网造成的冲击，因此能够有效促进新能源电站运行的稳定性提升。

表3 三相短路故障条件下储能系统应用后并网出力记录

3 结论

综上所述，针对储能系统对新能源电站并网的影响进行了实验研究。在实验过程中，设置了两种不同的运行条件，其中一种为风速扰动条件，领域中为三相短路故障条件。在两种不同条件下，储能系统的应用都能够在极大程度上提高新能源电站并网及运行的稳定性，确保其出力的可靠性，实现更稳定的供电。综合储能系统在应用到新能源电站并网当中所具备的，减小风出力和光出力对电网造成的终极以及能够促进电站整体运行稳定性提升的优势，在实际开展新能源电站并网时，在并网方案当中应当将储能系统的加入放在首位，通过对储能系统应用方案的合理设置，促进新能源电站运行水平的进一步提升。