风光储联合发电技术分析
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图 2 风光储联合发电示意图
风光储联合发电以风光功率预测为基础，以 储能功率 控 制 为 核 心，以 平 稳 功 率 输 出 为 目 标。 其电站基本运行控制关系如图 3 所示，运行过程 主要包括： 风光储电站功率联合预测、发电计划 安排、实时发电控制。
图 1 储能与新能源不同容量配比效果图
储能就是在电力充沛的时候，将多余的电力 储存在电池、飞轮或水势等媒介中； 在负荷大、风
（ 2） 并网逆变器。风电、光伏、储能都需要 有并网逆变器才能与电网相连。这些并网逆变 器包括风机发电的交直 交 变 换 器、光 伏 DC / AC 逆变器、储能 DC / AC 双向逆变器。发电的功率 因数控制、有 功 功 率 和 无 功 功 率 控 制、电 能 质 量 等很多功能和技术指标的实现都体现在逆变器 的控制上。如果控制不好，会导致电能质量不合 格、功率控 制 无 效 等 多 方 面 的 问 题，甚 至 会 造 成 设备损坏等严重的安全生产事故。
风光储联合发电是在传统电力系统生产模 式基础上增加一个存储电能的环节，可以使发电 由原来的几乎不可控变得易于控制，使其功率输 出特性趋于平滑，电网运行的安全性、可靠性、经 济性、灵活 性 也 会 因 此 得 到 大 幅 度 的 提 高，达 到 最大限度提高电网接纳可再生能源电力的目的。 如图 1 所示，图中表征了当新能源发电与储能装 置不同容量配比时的功率曲线对比。
和间歇性，电 网 需 要 增 加 大 量 的 有 功 备 用 容 量， 来保证系统有足够的有功备用来抵御可能存在 的负荷波动和系统事故； 其次，造成了输电线路 使用效率 的 低 下，在 绝 大 多 数 情 况 下，新 能 源 输 电线路输送的电能甚至不到其设计能力的 50% ； 而且，由于 风、光 发 电 中 大 量 使 用 逆 变 器 和 变 频 器，使得电网的电能质量受到污染的可能性大大 提高； 而且受限于其低电压穿越性能，风机存在 大范围脱网造成电网脆弱的可能。到目前为止， 电网中已经出现数次大量风机低电压脱网事件， 给电网的安全运行带来了非常不利的影响和重 大安全隐患。
（ 5） 无功电压支撑与控制。为了减少可再 生能源发电对系统电压和电能质量的影响，而且 风力发电机的运行受系统电压波动的影响很大， 可再生能源发电站的无功电压控制就显得非常 重要。当系统发生故障或系统电压发生闪变的 时候，风机端电压瞬时变化很可能超出其正常工 作电压 和 低 电 压 穿 越 极 限，造 成 风 机 脱 网。目 前，在风电场中大量使用的无功调节装置是 SVC 和固定电容器，但是 SVC 和固定电容器的电压响 应速度在 百 毫 秒 甚 至 秒 级，在 这 个 过 程 中，很 可 能风电机组已经脱网了。大规模并网风力发电 机组低电压脱网事件在西北电网和华北电网都 发生过，给系统的稳定运行控制带来了危害。静 止无功发生装置 SVG 作为新一代的快速无功补 偿装置被引入了风光储联合发电系统，有望使其 在无功电压控制方面得到改善。
晚等系统负荷低谷的时候，储能机组运行在充电 方式； 在系统负荷高峰的时候，储能机组运行在 放电方式，来削减负荷高峰，减小系统供电压力。
（ d） 系统调频模式。由于要对系统进行调 频，需要储 能 装 置 的 容 量 特 别 大，而 抽 水 蓄 能 之 外的蓄能形式很难达到预期目标，所以这种工作 模式依赖于大规模储能技术的发展。
（ a） 平滑功率输出模式。在该模式下，储能 装置充放电的原则是要保证风光储发电系统的 总输出功率保持平滑，不出现大的功率波动。需 要事先根据风光预测出力曲线和储能机组容量 选择合理的充放电区间和波动范围，尽可能减少 功率波动和电池的充放电次数，即保证输出的电 能平滑且尽量减少对电池使用寿命的影响。当 风、光总发 电 功 率 增 大 并 且 超 出 波 动 范 围 时，储 能机组进行充电； 当风、光总发电量减小，并且超 出波动范围时，储能机组进行放电 ，增大输出功 率以使功率输出曲线平滑。
图 3 风光储联合发电系统运行模型
2 风光储联合发电的关键技术
风光储联合发电是一个新的技术体系，面临 很多需要解决的关键技术问题。其涉及到的关 键问题有：
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华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER
No． 1 2012
（ 1） 风光功率预测。风光功率预测是风光 储联合发电系统制定发电计划和调度方式的基 础。功率预测系统根据近期的气象信息和各风 电场和光伏区的发电历史信息进行综合分析，得 到比较准确的风电场和光伏区的发电功率。
0 引言
近现 代 以 来，世 界 范 围 内 能 源 消 费 剧 增，煤 炭、石油、天然气等化石燃料迅速消耗，生态环境 不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的 全球气候变化，使人类社会的可持续发展受到严 重威胁。以太阳能、风能为代表的可再生能源的 大规模开发利用，为全球能源产业未来的发展提 供了一个方向。据预测，到 2030 年可再生能源在 总能源消费结构中将占到 30% 以上。因此，大力 开发和利用可再生能源，已经成为世界各国保障 能源安全、优化能源结构、减少温室气体排放、保 护生态环境的重要战略措施。
Analysis on Wind-PV-ES Hybrid Technology
Xin Guang-ming，Liu Ping，Wang Jin-song
（ North China Electric Power Research Institute Co． Ltd． ，Beijing 100045，China）
目前，可再生能源发电在中国已经进入快速 发展阶段，但 是 受 限 于 地 理 环 境 及 气 候 等 因 素， 大规模可再生能源电力并入电网后，其发电出力 具有随机性和间歇性的特性，对电网的安全运行 和电能质量造成了非常不利的影响，成为全球范 围内制约可再生能源利用的关键技术瓶颈。
风力发电、光伏发电大规模接入对电网的影 响是多方面的。首先，由于其能量输出的随机性
风光储联合发电是一种新型发电单元，利用 风力发电和光伏发电的时空互补特性及储能单 元的对功率的平抑作用，可使联合发电系统的有 功功率总 输 出 保 持 基 本 稳 定，减 少 对 电 网 的 冲 击，提高了电能质量。
尽管风力发电和光伏发电都有间歇性和随 机性的特点，但是它们却具有天然的互补性： 一 般夏季太阳光照强光伏发电量大，而风力比较弱 发电量小； 冬季光照弱光伏发电量小，而风力强 发电量大； 白天光伏发电量大，风力发电量偏小； 晚上光伏 不 发 电，风 力 发 电 量 较 大。 当 风、光 发 电容量配备合理的情况下，可以使风光综合发电 的波动性 得 到 缓 解，但 是 并 不 能 消 除，而 且 可 能 在某些时候波动性叠加，使其输出功率波动性更 大。
（ 3） 风光储智能发电调度。由于风力发电 和光伏发电受自然气象影响巨大，在某种程度上 其有功功率输出具有不可控性，所以风光储联合 发电系统的调度策略主要体现在对储能装置的 控制上，通过储能装置的充放电对随机性较大的 风电和光电进行存储和释放，来达到对整个发电 系统的输出功率进行控制。发电系统中的储能 装置主要工作在以下 4 种模式： 平滑功率输出模 式、跟踪计划出力模式、负荷削峰填谷模式、系统 调频模式。
由于风电和光电在时间和空间上的互补性， 使得风光储联合发电模式成为了新的关注热点， 并开始了工程探索。由国家电网公司筹建的国 家风光储输示范工程是全球最大的集风电、光伏 发电、储能和智能输电四位一体的新能源示范工 程。该项目旨在建设一个电网友好型和环境友 好型新能源电厂，通过对各种运行方式和各种新 技术的研究和试验，实现风力发电、光伏发电、储 能系统以及输电网络的友好互动和协调调度，进
（ 4） 储能及其控制技术。目前应用到电网 中的储能技术，最成熟、规模最大、运行成本最低 的是抽水蓄能，但是抽水蓄能电站受自然环境制 约，在很多 地 方 没 有 建 设 条 件。 另 外，超 级 电 容 器、飞轮储 能、化 学 储 能 在 各 地 也 都 有 应 用。 在 这些储能 形 式 中，化 学 储 能 技 术 成 熟，可 以 规 模 生产，基本满足发电站大规模充放电的要求。储 能装置的容量和响应速度是其最重要的性能指 标，尤其 是 要 求 储 能 装 置 平 滑 出 力 和 跟 踪 曲 线 时，对储能装置的响应速度要求很高； 而在削峰 填谷模式中，对储能装置的容量要求很高。
（ b） 跟踪计划出力模式。在该模式下，自动 发电控制系统控制发电出力跟踪预先规划好的 计划出力曲线。这个计划出力可以是根据风光 预测系统预测的出力曲线，也可以是根据负荷预 测得到的需要风光储联合发电系统跟踪的发电 曲线。
（ c） 负荷削峰填谷模式。该方式下，储能机 组根据系统负荷变化来变更充放电方式。当夜
风光储联合发电系统包含大量的逆变器、换 流器，都有 无 功 调 节 能 力，所 以 制 定 无 功 调 节 方 案时须 考 虑 逆 变 器 与 无 功 发 生 装 置 协 调 控 制。 无功发生装置作为机动的无功设备，并网逆变器 作为基础的无功设备运行。当系统发生故障或 电压波动 的 时 候，无 功 发 生 装 置 迅 速 投 入，如 果 判定为长时间的无功补偿模式，那么控制风机变 换器、光伏逆变器、储能双向逆变器按照一定的
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华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER
风光储联合发电技术分析
No． 1 2012
辛光明，刘 平，王劲松
（ 华北电力科学研究院有限责任公司，北京 100045）源自文库
摘 要：阐述了风光储联合发电的背景和意义，介绍了风光储联合发电的运行模型，分析了风光储联合发电 面临的风光功率预测、并网逆变器、联合智能调度、储能及其控制和无功电压控制等关键技术，对风光储联合 发电的前景进行了讨论。 关键词：风力发电； 太阳能光伏发电； 储能技术； 平抑波动 中图分类号：TM614；TM615 文献标识码：A 文章编号：1003-9171（ 2012） 01-0064-03
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华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER
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而破解大规模可再生能源发电并网运行的技术 瓶颈，提高电网对大规模可再生能源电力的接纳 能力，为可 再 生 能 源 集 约 化 发 展 提 供 有 力 支 撑， 为世界可再生能源发电做的一种前瞻性探索。
1 风光储联合发电模型
Abstract： This paper elaborates the background and significance of wind-PV-ES hybrid system，introduces the operation model of wind-PV-ES hybrid system and analyzes the key technology of wind-PV-ES hybrid system，including the technology of wind-PV power prediction，grid-connected inverter，intelligent dispatching，energy storage technology and its control，reactive power and voltage control． The prospect of wind-PV-ES co-generation is discussed． Key words： wind power generation； solar PV generation； energy storage technology； stabilizing fluctuations
机停运、风弱、夜晚无光等情况下，把存储的电能 释放出来，满足发电厂平滑出力的要求和系统的 用电需求。 对 于 风 光 储 联 合 发 电 而 言，当 风、光 发电出力总和大，而系统负荷需求又比较小的时 候，储能装置进行充电； 当风力发电和光伏发电 总输出功率小，而此时系统负荷需求又比较大的 时候，储能 装 置 进 行 放 电，以 此 达 到 平 滑 输 出 功 率、跟踪计 划 出 力 的 目 的，最 大 限 度 地 提 高 电 网 接纳可再生能源的能力。其发电系统示意图如 图 2 所示。
风光储联合发电以风光功率预测为基础，以 储能功率 控 制 为 核 心，以 平 稳 功 率 输 出 为 目 标。 其电站基本运行控制关系如图 3 所示，运行过程 主要包括： 风光储电站功率联合预测、发电计划 安排、实时发电控制。
图 1 储能与新能源不同容量配比效果图
储能就是在电力充沛的时候，将多余的电力 储存在电池、飞轮或水势等媒介中； 在负荷大、风
（ 2） 并网逆变器。风电、光伏、储能都需要 有并网逆变器才能与电网相连。这些并网逆变 器包括风机发电的交直 交 变 换 器、光 伏 DC / AC 逆变器、储能 DC / AC 双向逆变器。发电的功率 因数控制、有 功 功 率 和 无 功 功 率 控 制、电 能 质 量 等很多功能和技术指标的实现都体现在逆变器 的控制上。如果控制不好，会导致电能质量不合 格、功率控 制 无 效 等 多 方 面 的 问 题，甚 至 会 造 成 设备损坏等严重的安全生产事故。
风光储联合发电是在传统电力系统生产模 式基础上增加一个存储电能的环节，可以使发电 由原来的几乎不可控变得易于控制，使其功率输 出特性趋于平滑，电网运行的安全性、可靠性、经 济性、灵活 性 也 会 因 此 得 到 大 幅 度 的 提 高，达 到 最大限度提高电网接纳可再生能源电力的目的。 如图 1 所示，图中表征了当新能源发电与储能装 置不同容量配比时的功率曲线对比。
和间歇性，电 网 需 要 增 加 大 量 的 有 功 备 用 容 量， 来保证系统有足够的有功备用来抵御可能存在 的负荷波动和系统事故； 其次，造成了输电线路 使用效率 的 低 下，在 绝 大 多 数 情 况 下，新 能 源 输 电线路输送的电能甚至不到其设计能力的 50% ； 而且，由于 风、光 发 电 中 大 量 使 用 逆 变 器 和 变 频 器，使得电网的电能质量受到污染的可能性大大 提高； 而且受限于其低电压穿越性能，风机存在 大范围脱网造成电网脆弱的可能。到目前为止， 电网中已经出现数次大量风机低电压脱网事件， 给电网的安全运行带来了非常不利的影响和重 大安全隐患。
（ 5） 无功电压支撑与控制。为了减少可再 生能源发电对系统电压和电能质量的影响，而且 风力发电机的运行受系统电压波动的影响很大， 可再生能源发电站的无功电压控制就显得非常 重要。当系统发生故障或系统电压发生闪变的 时候，风机端电压瞬时变化很可能超出其正常工 作电压 和 低 电 压 穿 越 极 限，造 成 风 机 脱 网。目 前，在风电场中大量使用的无功调节装置是 SVC 和固定电容器，但是 SVC 和固定电容器的电压响 应速度在 百 毫 秒 甚 至 秒 级，在 这 个 过 程 中，很 可 能风电机组已经脱网了。大规模并网风力发电 机组低电压脱网事件在西北电网和华北电网都 发生过，给系统的稳定运行控制带来了危害。静 止无功发生装置 SVG 作为新一代的快速无功补 偿装置被引入了风光储联合发电系统，有望使其 在无功电压控制方面得到改善。
晚等系统负荷低谷的时候，储能机组运行在充电 方式； 在系统负荷高峰的时候，储能机组运行在 放电方式，来削减负荷高峰，减小系统供电压力。
（ d） 系统调频模式。由于要对系统进行调 频，需要储 能 装 置 的 容 量 特 别 大，而 抽 水 蓄 能 之 外的蓄能形式很难达到预期目标，所以这种工作 模式依赖于大规模储能技术的发展。
（ a） 平滑功率输出模式。在该模式下，储能 装置充放电的原则是要保证风光储发电系统的 总输出功率保持平滑，不出现大的功率波动。需 要事先根据风光预测出力曲线和储能机组容量 选择合理的充放电区间和波动范围，尽可能减少 功率波动和电池的充放电次数，即保证输出的电 能平滑且尽量减少对电池使用寿命的影响。当 风、光总发 电 功 率 增 大 并 且 超 出 波 动 范 围 时，储 能机组进行充电； 当风、光总发电量减小，并且超 出波动范围时，储能机组进行放电 ，增大输出功 率以使功率输出曲线平滑。
图 3 风光储联合发电系统运行模型
2 风光储联合发电的关键技术
风光储联合发电是一个新的技术体系，面临 很多需要解决的关键技术问题。其涉及到的关 键问题有：
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No． 1 2012
（ 1） 风光功率预测。风光功率预测是风光 储联合发电系统制定发电计划和调度方式的基 础。功率预测系统根据近期的气象信息和各风 电场和光伏区的发电历史信息进行综合分析，得 到比较准确的风电场和光伏区的发电功率。
0 引言
近现 代 以 来，世 界 范 围 内 能 源 消 费 剧 增，煤 炭、石油、天然气等化石燃料迅速消耗，生态环境 不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的 全球气候变化，使人类社会的可持续发展受到严 重威胁。以太阳能、风能为代表的可再生能源的 大规模开发利用，为全球能源产业未来的发展提 供了一个方向。据预测，到 2030 年可再生能源在 总能源消费结构中将占到 30% 以上。因此，大力 开发和利用可再生能源，已经成为世界各国保障 能源安全、优化能源结构、减少温室气体排放、保 护生态环境的重要战略措施。
Analysis on Wind-PV-ES Hybrid Technology
Xin Guang-ming，Liu Ping，Wang Jin-song
（ North China Electric Power Research Institute Co． Ltd． ，Beijing 100045，China）
目前，可再生能源发电在中国已经进入快速 发展阶段，但 是 受 限 于 地 理 环 境 及 气 候 等 因 素， 大规模可再生能源电力并入电网后，其发电出力 具有随机性和间歇性的特性，对电网的安全运行 和电能质量造成了非常不利的影响，成为全球范 围内制约可再生能源利用的关键技术瓶颈。
风力发电、光伏发电大规模接入对电网的影 响是多方面的。首先，由于其能量输出的随机性
风光储联合发电是一种新型发电单元，利用 风力发电和光伏发电的时空互补特性及储能单 元的对功率的平抑作用，可使联合发电系统的有 功功率总 输 出 保 持 基 本 稳 定，减 少 对 电 网 的 冲 击，提高了电能质量。
尽管风力发电和光伏发电都有间歇性和随 机性的特点，但是它们却具有天然的互补性： 一 般夏季太阳光照强光伏发电量大，而风力比较弱 发电量小； 冬季光照弱光伏发电量小，而风力强 发电量大； 白天光伏发电量大，风力发电量偏小； 晚上光伏 不 发 电，风 力 发 电 量 较 大。 当 风、光 发 电容量配备合理的情况下，可以使风光综合发电 的波动性 得 到 缓 解，但 是 并 不 能 消 除，而 且 可 能 在某些时候波动性叠加，使其输出功率波动性更 大。
（ 3） 风光储智能发电调度。由于风力发电 和光伏发电受自然气象影响巨大，在某种程度上 其有功功率输出具有不可控性，所以风光储联合 发电系统的调度策略主要体现在对储能装置的 控制上，通过储能装置的充放电对随机性较大的 风电和光电进行存储和释放，来达到对整个发电 系统的输出功率进行控制。发电系统中的储能 装置主要工作在以下 4 种模式： 平滑功率输出模 式、跟踪计划出力模式、负荷削峰填谷模式、系统 调频模式。
由于风电和光电在时间和空间上的互补性， 使得风光储联合发电模式成为了新的关注热点， 并开始了工程探索。由国家电网公司筹建的国 家风光储输示范工程是全球最大的集风电、光伏 发电、储能和智能输电四位一体的新能源示范工 程。该项目旨在建设一个电网友好型和环境友 好型新能源电厂，通过对各种运行方式和各种新 技术的研究和试验，实现风力发电、光伏发电、储 能系统以及输电网络的友好互动和协调调度，进
（ 4） 储能及其控制技术。目前应用到电网 中的储能技术，最成熟、规模最大、运行成本最低 的是抽水蓄能，但是抽水蓄能电站受自然环境制 约，在很多 地 方 没 有 建 设 条 件。 另 外，超 级 电 容 器、飞轮储 能、化 学 储 能 在 各 地 也 都 有 应 用。 在 这些储能 形 式 中，化 学 储 能 技 术 成 熟，可 以 规 模 生产，基本满足发电站大规模充放电的要求。储 能装置的容量和响应速度是其最重要的性能指 标，尤其 是 要 求 储 能 装 置 平 滑 出 力 和 跟 踪 曲 线 时，对储能装置的响应速度要求很高； 而在削峰 填谷模式中，对储能装置的容量要求很高。
（ b） 跟踪计划出力模式。在该模式下，自动 发电控制系统控制发电出力跟踪预先规划好的 计划出力曲线。这个计划出力可以是根据风光 预测系统预测的出力曲线，也可以是根据负荷预 测得到的需要风光储联合发电系统跟踪的发电 曲线。
（ c） 负荷削峰填谷模式。该方式下，储能机 组根据系统负荷变化来变更充放电方式。当夜
风光储联合发电系统包含大量的逆变器、换 流器，都有 无 功 调 节 能 力，所 以 制 定 无 功 调 节 方 案时须 考 虑 逆 变 器 与 无 功 发 生 装 置 协 调 控 制。 无功发生装置作为机动的无功设备，并网逆变器 作为基础的无功设备运行。当系统发生故障或 电压波动 的 时 候，无 功 发 生 装 置 迅 速 投 入，如 果 判定为长时间的无功补偿模式，那么控制风机变 换器、光伏逆变器、储能双向逆变器按照一定的
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华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER
风光储联合发电技术分析
No． 1 2012
辛光明，刘 平，王劲松
（ 华北电力科学研究院有限责任公司，北京 100045）源自文库
摘 要：阐述了风光储联合发电的背景和意义，介绍了风光储联合发电的运行模型，分析了风光储联合发电 面临的风光功率预测、并网逆变器、联合智能调度、储能及其控制和无功电压控制等关键技术，对风光储联合 发电的前景进行了讨论。 关键词：风力发电； 太阳能光伏发电； 储能技术； 平抑波动 中图分类号：TM614；TM615 文献标识码：A 文章编号：1003-9171（ 2012） 01-0064-03
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华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER
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而破解大规模可再生能源发电并网运行的技术 瓶颈，提高电网对大规模可再生能源电力的接纳 能力，为可 再 生 能 源 集 约 化 发 展 提 供 有 力 支 撑， 为世界可再生能源发电做的一种前瞻性探索。
1 风光储联合发电模型
Abstract： This paper elaborates the background and significance of wind-PV-ES hybrid system，introduces the operation model of wind-PV-ES hybrid system and analyzes the key technology of wind-PV-ES hybrid system，including the technology of wind-PV power prediction，grid-connected inverter，intelligent dispatching，energy storage technology and its control，reactive power and voltage control． The prospect of wind-PV-ES co-generation is discussed． Key words： wind power generation； solar PV generation； energy storage technology； stabilizing fluctuations
机停运、风弱、夜晚无光等情况下，把存储的电能 释放出来，满足发电厂平滑出力的要求和系统的 用电需求。 对 于 风 光 储 联 合 发 电 而 言，当 风、光 发电出力总和大，而系统负荷需求又比较小的时 候，储能装置进行充电； 当风力发电和光伏发电 总输出功率小，而此时系统负荷需求又比较大的 时候，储能 装 置 进 行 放 电，以 此 达 到 平 滑 输 出 功 率、跟踪计 划 出 力 的 目 的，最 大 限 度 地 提 高 电 网 接纳可再生能源的能力。其发电系统示意图如 图 2 所示。