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储能系统在风电并网中的应用
来源:网络 | 发布时间:2013-7-23 | 浏览次数:

3.1 利用储能系统增强风电稳定性
增强电力系统稳定性的根本措施是改善系统平衡度,储能系统能够快速吸收或释放有功及无功功率,改
善系统的有功、无功功率平衡水平,增强稳定性.
针对电压稳定性问题,文献[14]探讨了储能系统改善电压稳定性并增加系统的风电接入容量问题,但该
文仅对储能系统做了理想的假设,缺乏有效的动态仿真及理论分析. 文献[26O27]分别探讨了利用超导储能
和超级电容储能系统增强风电稳定性的问题,设计了相应的控制策略,结果显示,超导储能和超级电容储能
7 1 1 第1期 李 强,等 储能技术在风电并网中的应用研究进展
系统均能有效降低风电并网PCC的电压波动,平滑风电机组的有功输出,增强系统稳定性.
频率稳定性问题的研究主要集中在储能系统平滑风电输出功率方面. 文献[28]研究了采用超导储能系
统改善频率稳定性问题,仿真结果表明,超导储能系统在文中既定的条件下使得系统的最大频率偏差从
01369Hz降为01095Hz,有效改善了系统的频率稳定性,且超导储能系统容量越大系统频率偏差越小. 此外,
文献[26,29O30]分别研究了超导储能和超级电容储能系统用于平滑风电场有功输出的性能及相关控制策
略,结果表明,超导储能和超级电容储能系统能有效改善风电输出功率及系统的频率波动. 文献[15,31]针对
变速风电机组设计了附加频率控制环节,分别通过对转子和风轮机的附加控制,使得DFIG对系统的一次调
频有所贡献. 针对这些控制方案将降低风电机组效率的缺陷,文献[32]提出了采用飞轮储能系统辅助风电机
组运行,通过对飞轮储能系统的充放电控制,实现平滑风电输出功率、参与电网频率控制的双重目标,并通过
仿真验证了方案的可行性.
可以看出:增强风电并网系统的稳定性需要配备快速响应能力的储能系统,如超导储能、超级电容储能、
飞轮储能和蓄电池等储能技术,它们能在暂态过程中快速补偿功率不平衡量,增强系统稳定性. 用于提升系
统稳定性的储能系统通常对储能容量的要求不高,但应具备短时释放或吸收高功率的能力,只有配备合适的
储能系统及容量并采取适当的控制策略才能取得最优的效果.
3.2 利用储能系统增强风电机组LVRT功能
在风电机组比例较高的电力系统中,LVRT是影响系统稳定性的关键因素之一. 文献[20,33O34]比较了
有、无LVRT功能的风电机组在故障情况下的电网电压恢复情况,结果显示,有LVRT功能的风电机组并网能
够有效解决风电并网所产生的电压稳定性问题,有利于系统稳定性的增强.
图2 采用附加电路提升DFIG的LVRT结构
Fig. 2 Diagramof appendixcircuit forLVRTof DFIG
LVRT功能实现的途径主要有2种
[20]
: (a)改进控
制策略;(b)增加硬件电路. 改进控制策略只能降低电
网故障时风电机组的暂态过电压、过电流,从能量守恒
角度来看,不可能从根本上解决故障过程中的暂态能
量过剩而产生的过电压、过电流问题,只能在电压、电
流之间达到较好的一种均衡状态,减小故障期间过电
压、过电流对风电机组的影响,仅适用于故障电压跌落
不十分明显的状况
[35O36]
. 而增加硬件电路则能从根本
上解决风电机组故障期间的过电压、过电流问题,极大
地增强风电机组的LVRT功能,尤其是储能系统的引
入,为这一问题提供了较好的解决方案. 文献[34]比较了改善风电机组LVRT功能的2种措施: (a)在变流器
直流部分并联储能系统或在电机转子侧增加Crowbar电路,电路如图2所示;(b)通过改进电机磁通Flux的控
制策略来控制转子电流. 结果表明,这2种措施均能较好地改善风电机组的LVRT功能,但增加储能系统或
Crowbar电路具有更好的效果.
文献[37]研究了STATCOM/BESS(batteryenergystoragesystem)用于增强风电机组LVRT功能的问题,并设
计了相应的控制策略,仿真结果表明,STATCOM/BESS储能能有效增强风电机组的LVRT功能. 增强DFIG风
电机组的LVRT功能属于ms级的动态过程,仅有响应时间常数为ms级的储能系统方能在电网故障期间迅
速吸收多余的能量,保证风电机组不受过电压、过电流的损害,实现增强风电机组LVRT功能的目标.
储能系统用于增强风电机组LVRT功能的研究主要集中在2个方面: (a)储能系统的选择; (b)控制策略
的设计. 鉴于LVRT属于电磁暂态过程,为吸收此瞬态过程中的多余能量以保护风电机组免遭损坏,必须选
择快速响应的储能系统,采用合适的储能系统配以合理的控制策略才能达到理想的效果.
3.3 利用储能系统增加风电穿透功率极限
不同电网,限制WPP水平的主导因素不同,采用的储能系统也不同.
文献[38]探讨了采用飞轮储能、电池储能和超导储能系统增加WPP的问题,结果表明,这3种储能系统
都能有效增加系统的WPP,并能改善PCC的电压波动性. 文献[39]结合新疆电网的实际情况探讨了该地区
WPP的主导因素,计算结果表明,在冬季大方式和夏季小方式两种极端工况下,频率偏移和线路功率约束是
限制WPP的主要因素.
8 1 1 河海大学学报( 自然科学版) 第38卷
可见,不同的系统限制WPP的主导因素不同. 欲增加系统的WPP,应首先确定限制WPP水平的主导因
素,根据主导因素来寻求解决方案,方能起到良好的效果.
3.4 利用储能系统提高供电电能质量
储能系统在提高电能质量方面的应用主要集中在降低电压波动、电压暂降等方面.
文献[40]研究了采用DSTATCOM/BESS来提高电能质量的问题,结果表明,该储能系统能实现与系统的
快速有功、无功功率交换,有效改善电压波动性,改善电压暂降、电压电流波形畸变及闪变等,适用于解决风
电并网带来的电能质量问题. 文献[27]设计了超级电容器的串并联混合型补偿方案,该方案通过并联系统实
现超级电容与系统的功率交换以平滑风电输出功率,通过串联系统有效改善供电电压可靠性,抑制电压暂
降.
可以看出,提高电压波动、电压暂降等电能质量主要是短时功率的动态补偿,需要储能系统具备ms级功
率动态调节的能力,因此,选择超级电容储能、超导储能和电池储能系统是比较合适的.
3.5 利用储能系统优化风电经济性
随机波动的间歇性风电接入电网,将导致系统备用容量增加,系统运行经济性降低. 合适的储能系统能
够有效解决这一问题,实现电网与风电场的双赢. 此外,在电力市场环境下,风电的竞争力较差,采用储能系
统配合风电场运行,能够实现风电效益最大化.
风电2储能电站联合系统已在西班牙等地得到实际应用. 文献[41O42]通过对岛屿电力系统中风电与抽水
蓄能联合运行的建模分析,并结合西班牙Canary岛的实际情况,得出风电2抽水蓄能联合系统的最优运行策
略. 文献[43O44]研究了峰谷电价下风电和水电联合运行最优运行策略,指出联合运行能够取得可观的经济
效益和环境效益. 文献[45]探讨了峰谷电价下抽水蓄能配合风电场运行的能量转化效益,结果表明,采用20
MW的蓄能电站配合50MW风电场运行的日能量转化效益达119万~616万元,同时还能有效平抑风电输出
功率的波动,降低风电引起的备用容量需求.
可见,采用抽水蓄能和压缩空气储能等储能系统能够有效解决风电随机性带来的对系统备用容量需求
增加的问题,改善系统运行的经济性. 尤其是在电力市场峰谷电价下,储能系统能实现风电在时间坐标上的
平移,使风电参与电力调峰,优化系统经济性.

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