【文章摘要】

隨著風力發電在電力系統中所占比例的逐漸提高，為了有效利用風能， 大規模風電并網勢在必行，風電場的出力具有隨機性，并網時會給電力系統的穩定性和電能質量帶來問題。本文分析了風電并網中功率波動對電網的影響，總結了目前國內一些儲能裝置對風電并網中功率波動抑制的不同方法以及其它抑制功率波動的方法，并做了簡要的比較分析。

【關鍵詞】

風力發電；功率波動；儲能裝置

0 引言

風能作為一種可再生的清潔能源， 其儲藏量豐富，可以為構建全球的可持續能源結構體系作出重要貢獻。因此近年來世界各地掀起了開發風電的熱潮，但隨著風電場越來越多，其風能的缺點越來越明顯。風能所產生的功率帶有隨機性和波動性這個缺點，給當下的電網帶來的沖擊越來越顯著，給電網的安全穩定運行帶來了巨大威脅。

對于怎樣抑制風力并網中功率波動這個問題的研究，其方法大致分為兩類： 直接功率控制即利用調節風力渦輪機的運行狀態來調節其輸出功率，但對波動范圍大的調節能力有限；間接功率控制即利用附加的儲能設備來調節輸出功率，其優點是調節的范圍較寬，效果較好。此外，風電機所產出功率的波動成分主要集中在1Hz 以下，尤其在0.01~1Hz 之間對電力系統沖擊最明顯。結合上述研究現狀，本文先對風電并網功率波動特性進行闡述，并結合風電機輸出功率波動抑制的可行性研究給出幾種抑制風電并網中功率波動的方法，當下抑制風電并網中功率波動的流行的主要方法是利用儲能裝置來對風電并網功率波動抑制，而所用的儲能裝置種類有很多，比如蓄電池，超導電容，超導磁，飛輪，釩液流，電池儲能，混合儲能。另外還有人提出對部分風電合理棄風來實現大規模風電的去風電化的觀點，這個也是值得繼續深入研究的。本文基于文獻所給的關于對風電并網功率抑制的方法和實例，進行一些比較和分析。

1 電網風電功率波動特性分析

眾所周知，風電利用的能源是風能， 而它最顯著的特點是不穩定性，進而導致風電出力具有波動性和隨機性。國內有學者對我國華北電網2010-2011 年的實測風電出力數據進行分析得出以下特點：夏秋兩季風電日平均出力大部分比較集中， 且相對較小；冬春兩季風電日平均出力較分散，同時日間的風電出力增減幅度較大。這個分析結果也驗證了風電出力的波動性和隨機性。另外還有學者結合內蒙古風電并網的數據分析得出：1）電網在有功方面所能容納的風電電量是由電網的峰谷差、調峰容量和風電集聚效應這三者來決定的。2）當今僅利用風電的短期功率預測是不夠的，還需增加新的氣象分析手段。3）從風電并網的電量的占比來看，我國電網容納風電的潛力還很大。

2 電網風電功率波動抑制方法

目前平抑風電場功率波動的方法有兩種: 一是直接調節風電機組中渦輪機的轉子轉速和槳距來實現對并網后的風電機組功率波動抑制。不過其缺點是，該法的調節范圍有限且不能實現風能的最大利用。二是通過給風電場配置儲能系統，可在利用風能最大化的基礎上有效抑制其所帶來的功率的隨機性和波動性。但是當今的儲能裝置成本高，還不能進行大規模推廣應用。下面簡要的介紹以上所提到的基于各種儲能技術抑制風電功率波動方法，并做簡要的比較。1）蓄電池儲能技術。該技術系統主要由三相PWM 變流器、DC-DC 變流系統、蓄電池組以及性能監控系統等構成，經仿真研究確認該裝置能夠對風電并網所帶來的功率波動進行快速有效的抑制，且注入電網的諧波較少。2） 超級電容儲能裝置。該裝置可根據客戶需求因地制宜進行設計，使其能夠滿足風電場的功率需求。當風電場功率超出電網功率參考值時，功率超出的部分可由電容吸收；當風電場輸出功率不夠時，電容可釋放功率，來降低風電功率波動所帶來的影響。3）超導磁儲能（SMES）技術。該技術基于頻率和電壓調節，并引入可快速補償系統的不平衡功率的控阻尼元件，使其穩定性得以提高。4）飛輪儲能技術。該技術裝置是在分析飛輪運行原理和數學模型的基礎上提出的，并聯在永磁直驅風電機組的直流側。5）超級電容器—蓄電池混合儲能技術。該技術綜合超級電容器和蓄電池儲能的特點，構建出并聯在風電場出口處的混合儲能系統。該技術由于引入超級電容，進而提升其輸出功率，優化蓄電池充放電功率，減少充放電循環次數。6）釩液流儲能電池儲能裝置。該裝置是利用釩液流電池充放電過程中內部電抗的變化規律，構建相應模型，并與AC/DC 變換器功率解耦控制功能相結合得到的。7）模糊自適應的混合儲能控制系統。該系統的原理：當風電功率大于目標值時，混合儲能系統存儲多余功率; 反之，儲能系統放電， 補償功率的缺額，再結合模糊自適應控制策略來對裝置的充放電進行優化控制，最終達到平抑風電功率波動的目的。

3 結語

通過參閱這些關于風電功率波動抑制的文獻后，發現除對波動較大的風能拋棄來保證風電安全上網的觀點外，其余的是圍繞儲能裝置改進來提高對風電并網功率波動抑制的效果。在這些文獻中主要是基于儲能技術來調節風電場的輸出功率，其抑制風電輸出功率波動的效果如何，就要看采取的何種儲能技術和何種的控制技術。由以上幾種儲能裝置對風電功率波動抑制的效果來看，通過比較可知采用混合儲能的儲能裝置結合模糊自適應控制所構成的系統對風電功率波動抑制效果比較好，比較明顯，具有一定的實用價值。不過，這些改進仍然存在許多不足和值得探討的地方，比如剛才所說的混合儲能結合模糊自適應控制的系統就存在如何將電池模型理想化為容量較大的電容器和相關理論不完善這2 個問題。由于所參考文獻畢竟有限，還有一些其他類型的未包含在內，以后還需要更進一步的歸納和探討。

【參考文獻】

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