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摘 要：风力发电作为一种技术成熟、成本较低、可大规模开发利用的发电技术,在新能源发展中占据重要地位,近年来得到迅猛发展.随着风力发电在电力系统中占比不断增加,风力发电必将对电力系统的安全稳定运行带来新的挑战.本文在对储能技术分析的基础上,重点探讨储能技术在风电并网中过程中平稳电网的作用.
关键词：风力发电;储能技术;并网;安全运行
1 前言
针对我国能源发展现状,目前常用于调频机组局限于水电与火电机组,但各自调频能力受到一定制约.其中水电机组调节速度虽快但其调频容量易受到地域或季节性的制约;而火电机组虽能克服以上缺点,但火电机组响应时间长,爬坡速率慢,不能精确的跟踪调度指令.同时火电机组通常在冬季受储热制约,致使可参与调频的火电机组调频量明显不足[1].由于风电出力波动幅度大,速度变化快,通常火电机组调频能力受到自身调节容量和调节速度的制约.为减小因大规模风电并网而引发的频率稳定等不良影响,并为电网提供更优质的电能质量,传统的调频方式显然已无法满足大规模风电并网的调频需求.储能作为一种有效提高风电接纳规模的手段应运而生[2].
2 风电并网对电力系统的影响
随着风电场容量在地区电网中所占的比重越来越高,风电并网对电力系统的影响也越发明显.风电机组的输出功率与风速的立方成正比,由于风速本身的随机波动性,将会导致风功率的输出不稳定.这种波动不稳定的功率并入电网,将会造成电压波动和电压闪变.当前两大主流机型直驱永磁同步发电机和双馈异步风力发电机,他们的控制都依赖于电力电子装置,需要考虑谐波所带来的干扰,谐波电流的引入是由于风电机组的电力电子装置设计的问题引起的,将会引起电压波形的畸变.风电通常接入到薄弱的末端电网,同时改变了电网功率单向流动的特点,改变了原有潮流方向和分布.随着风电渗透率的不断增大,风场附近的局部电网联络线功率和电压将会高于安全范围,严重时会导致电压崩溃.一般情况下,普通风电机组所采用的无功补偿方式为电容补偿,无功补偿量与接入点的电压平方成正比.当系统电压水平下降时,无功补偿量会随之降低,此刻风电场会缺乏无功支持,导致风电场对电网的无功需求會增大,并且电压水平更加恶化,极其严重时会引起电压崩溃,部分风电机组会由于自身的低电压保护自动停机.
3 储能技术在风电并网中的应用
储能技术的大力发展,为解决风电并网问题带来了新的解决途径.储能系统具有动态吸收和释放能量的特点,科学合理地在风电场中配置储能能有效弥补风电的间歇性和波动性,改善风电输出功率的可控性,增强稳定性,并改善电能质量及优化系统运行经济性.
采用储能系统提高电能质量方面主要是抑制电压暂降和降低电压波动.利用静止无功补偿器组成储能系统来提高电能质量,能够进行与系统功率的快速交换,有效改善电压暂降,降低电压波动等,可以改善风电接入电网所带来的电能质量.在永磁直驱风机的全功率双脉宽调制控制的电压型变流器的直流侧配置飞轮储能系统,在对称短路故障消除后的电压恢复过程中,能够将剩余的电能存储起来用于电网电压的平稳运行,提高了风电机组的电能质量.超级电容器的串联补偿可以有效减小电压的波动性,降低电压暂降,并联补偿可以有效降低风电的不确定性.抑制电压暂降和降低电压波动等电能质量方面问题,主要是抑制短时功率波动,需要储能系统具备对功率的快速调节的能力.储能系统能够快速吞吐有功功率和无功功率,从而提高系统有功功率和无功功率平衡水平,增强风电稳定性.采用储能改善系统的风电接入能力及增强电压稳定性问题,利用超导储能增强频率稳定性方面的问题,超导储能系统的使用有效增强了系统的频率稳定性,且储能容量越大,系统频率偏差越小.一般情况下,对于增强系统稳定性的储能系统的容量要求较小,但必须具备快速高功率输入输出的能力,并结合科学合理的控制策略才能取得最优效果.
采用储能系统优化风电经济性.由于风电的间歇性和波动性,大规模并网时必然会导致系统运行经济性不高.科学合理地配置储能系统为优化风电经济性问题带来了理想解决方案,实现风电场与电网的效益最优.储能系统能够将低谷时段的剩余电能转化为高峰时段的紧缺电能,并取得较好的经济效益,同时能有效改善风场功率输出的波动性,降低风电场对系统备用容量需求.
4 结束语
综上所述,在风电场中加入储能系统,能够有效改善风电随机性引起的系统备用容量需求增加的问题,还可以提高风电设备利用率,有效降低发电成本,促进资源的优化配置,改善系统运行的安全性经济性.
参考文献
[1]刘巨,姚伟,文劲宇,等.大规模风电参与系统频率调整的技术展望[J].电网技术,2014,38（3）：638-646.DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2014.03.015.
[2]程时杰,李刚,孙海顺,等.储能技术在电气工程领域中的应用与展望[J].电网与清洁能源,2013,（14）：1-8.
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网中引用文献:
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