储能技术在风电并网中的应用分析

储能技术在风电并网中的应用分析
发布时间：2023-01-12T06:45:06.587Z 来源：《中国科技信息》2022年第33卷第16期作者：王和昌[导读] 随着经济的发展和社会的进步，人们对于能源的需求增加，风电并网中存在电能供应不足的情况。

王和昌
国家电投集团广西电力有限公司桂林分公司，广西桂林 541199 摘要：随着经济的发展和社会的进步，人们对于能源的需求增加，风电并网中存在电能供应不足的情况。

目前，储能技术日益成熟，其作为风力发电中的重要技术，关系着电力系统的正常运行。

应用储能技术可以缓解能源供应不足的问题，其可以存储能源，满足人们的日常需求；同时，其能释放能量，保证风电并网的稳定性，并降低能源运输过程中的电压，确保能源质量。

关键词：储能技术；风电并网；应用；
引言
安全、优质、低成本是当今社会对电力系统提出的基本要求，也是后续几年中各地电网的共同发展目标。

在全球经济一体化及科技迅猛发展的背景下，电力系统的运行状态及需求也出现明显改变，各种新用电装备在人们生产生活中广泛应用，以致电网内敏感负荷持续增多，电力用户对电能质量及供电过程可靠性提出更高的要求。

将储能技术用在电力系统建设中，在确保供电活动可靠性的基础上，能显著改善电能质量，提升能源利用效率，帮助电力企业，谋得更多经济利润［1］。

1.新能源储能作用
2021年，我国多地区进行了限电管理，原因在于电力电量均高速增长，在天然气、煤炭价格高涨的情况下，降低了整体的效益；且由于各区域的机组发电能力有限，存在电量消纳不足的情况，为此可以配合新储能技术进行优化。

储能是新型电力系统的重要组成，新能源项目的数量逐步增多，现如今已经成为风电与光伏发电项目的重要组成部分。

新能源+储能模式需要结合实际发展需求进行研究，根据储能方式不同可以分为机械储能、电磁储能、电化学储能等，以此来解决能源供应和能源利用的现存问题［2］。

从储能技术发展阶段来看，电池储能将会成为未来的主要方向，在储能后规划未来的新能源的应用途径，从而间接提升经济效益，为后续产业发展提供相应的帮助。

2.风电并网对电力系统的影响
随着风力发电容量占区域电网比例的增加，风电并网对电力系统的影响变得更加明显。

风力发电机的输出与风速的立方成正比，而风速本身会随机波动，这使风电输出不稳定，这种波动和不稳定的功率并入电网，会引起电压波动和电压闪烁。

当前，风力发电机分为直接驱动永磁同步发电机和双动力异步风力发电机，依靠电力电子设备进行控制，控制时必须考虑谐波引起的干扰。

谐波电流的产生归因于风力发电机，会导致电压波形失真。

风电通常连接到薄弱的终端电网，终端电网会修改电网的单向潮流特性，改变原始潮流的方向和分布。

随着风能渗透率的不断提高，风力发电厂附近的电网联络线的功率和电压将高于安全水平，而在严重情况下电压会下降。

通常，普通风力发电机中使用的无功功率补偿方法是容量补偿，无功功率补偿量与接入点电压的平方成正比［2］。

随着系统电压水平的下降，无功功率补偿的数量将减少。

风力发电厂缺乏对无功功率的支持，这增加了电网对无功功率的需求，并降低了电压水平，一些风力发电机会由于自身的低压保护而自动关闭。

3.新能源储能技术面临的挑战
在当前我国新能源储能技术发展中，投资回收具有不确定性，储能项目投资费用无法得到疏导，且由于各项储能技术的成本与商业化存在一定的差距，尚没有哪种技术能够完全满足循环，体系建设仍不完善，相关审批缺乏认定标准，管理规定和办法亟需出台。

新能源场站配备储能的规模缺乏经济性思考，忽视了不同位置不同资源带来的差异，不能保证储能技术的收益率最大化，且由于成本偏高不利于大规模推广，最终所取得的效果并不理想。

新能源储能技术研究需要投入大量资金，在前期实践中难以看到明显的效果，如资金链短接会致使项目的破灭，即便储能技术研发成功，在后续商业化过程中也难以立即发挥出自身作用，可能引发销售风险、价格风险、质量风险以及定位风险［3］。

同时，现阶段人才、贸易与技术等方面仍然缺少完善的体系，可能对后续发展带来的风险，针对此类问题需要进行全局把控，从平衡的角度审视储能定位，制定储能技术发展路线图发挥市场潜力及效益，利用分布式光伏强化电力系统调节能力，通过与电网互动、削峰填谷来进一步实现收益最大化，而国家层面则需要强化扶持完善体制，为行业后续创新提供助力。

4.风电并网中储能技术的应用建议
4.1提高含风电电力系统的暂态稳定性
电力系统短路故障会造成风电场并网点电压下降，由于储能具有四象限调节能力和快速响应特性，因此暂态过程中可吸收风机定转子之间的不平衡能量，向其提供无功支撑，按需向系统发出或吸收功率，对电力系统的功角和电压稳定进行调节，改善系统稳定性。

4.2抑制电网振荡现象
机组运行阶段，任何微小干扰诱发的动态不均衡功率均会引起振荡现象，发电机附加励磁控制能取得较好的抑制效果，但是如果面对的是大型复杂互联系统内发生的区域间多模式低频振荡情况，有效性最强的控制点位可能处于和机组相距甚远的某条输电线上，若此时采用远距离系统实用性最强的发电机组励磁加以抑制管理，很难取得理想的控制效果。

事实证明，若大容量、快速响应的储能装置能促进电力系统在任何工况下实现功率的完全平衡，以上是一种主动式致稳的思想理念。

主要是因为这种电力系统稳控装置无需与发电机励磁系统协同作用，故而可以更加便利的用在系统内，可以将其视为抑制振荡的最有效位置［3］。

储能系统实际运用时能给电网提供1~2s有功功率补偿，各机组在遭受干扰以后陷入暂态的过程中，依然能维持同步运转状态，规避系统崩溃这种恶性事件。

4.3参与系统调频控制
受风速波动的影响，风电场的有功出力不确定性会带来频率变动，而且风电接入电力系统会改变系统的惯性时间常数。

储能系统的大规模应用在一定程度上改变了电力系统原有特征，在含风电电力系统中的应用价值也得到了广泛认可。

风储联合调频的控制方案相较于单由储能装置参与调频的方案不仅可降低储能设备的容量、节约安装成本，还能充分利用双馈风机自身的转子动能，将储能装置与转子动能的优势充分结合，实现风电机组友好并网，保证经济效益的最大化。

4.4延缓配网升级，减少成本投入
如果某一电力线路实际负荷超出其容量设计时，则要对配电网进行升级或增建干预，传统方法是升级或增建变压器、输配电线路等，成本很高，特别是人员密度大的市区。

近些年，储能技术日益成熟及相关装置制造成本不断降低，电力企业面对负荷增加将要超出负载能力的状况时，电力企业可以尝试：①在过负荷状况很少发生且过负荷现象只出现在某天的数小时中；②负荷增加过程迟缓；③电网升级费用高，通过小容量储能方式能延缓较大的投资过程，“杠杆”作用十分显著；④传统的升级办法不能顺利实施，例如无线路走廊，受限于环境、美观性要求等因素而无法敷设线路时，通过在过负荷节点安装小容量的储能设备有助于延缓电网升级引起的较大成本投入情况，配网升级进程也会被延缓［4］。

5.结束语
综上所述，将储能技术应用在风电并网中可以解决风力发电过程中存在的间歇性和不连贯的问题。

储能技术可以储存多余的电能，在有需要的时候使用，能够大大降低能源的浪费，促进我国电力系统的稳定发展。

参考文献
[1]范淼.风电和储能联合运行的多维效应分析模型研究[D].北京:华北电力大学,2019.
[2]褚鑫.混合储能系统参与风电并网一次调频的研究[D].上海:上海电机学院,2019.
[3]吴鹏.新能源并网对电力系统电能质量的影响[J].光源与照明,2022(3):246-248.
[4]康飞鹏.基于分离式混合储能系统的风电场并网控制研究[D].呼和浩特:内蒙古工业大学,2019.
[5]申秘蔓.风电场接入对电网电压稳定性的影响研究[J].光源与照明,2021(5):137-138. 作者介绍
王和昌（1982-）,男，贵州凯里人,工程师，主要从事风力发电生产技术管理工作。