基于风储联合运行的风电功率平滑控制
前言
为了解决世界性的能源危机与环境污染，因此开发利用大规模再生能源对改善能源结构和经济可持续发展具有重要的战略意义。而我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量2.53亿kW（陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。由于风是没有公害的能源之一，而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。但是，风电功率具有的波动性和间歇性对其接入电网带来了显著不利影响，使得大规模风电接入电网的能力受到限制。因此，在保证既有电网安全稳定运行的前提下，如何多接纳风电成为亟需解决的问题，目前采用蓄电池储能装置平滑风能波动是考虑最多的方案。
1. 风储联合运行的研究现状
风能是目前最具大规模商业化开发潜能的非水能可再生资源，风力发电联网运行是实现风能大规模开发利用的有效途径。储能系统可以适时吸收释放功率，为平抑风电功率波动、提高风电接入电网的能力提供了有效的手段。目前储能系统成本昂贵，其充放电控制方式可显著影响其使用寿命，所以开展储能系统运行控制策略、容量配置和经济性评价方面的研究工作，具有重要的理论和应用价值。文献[1]分析了直驱永磁风电机组的主电路和控制系统的数学模型，构建了包含电池单元、双向斩波电路和并网逆变器的储能系统，根据系统需求设计了主电路参数，采用反馈线性化理论设计了并网变流器的功率解耦控制器，提高了系统运行效率和功率控制效果。文献[2]分析了单台风电机组-风电场输出功率的波动特性，从时域和频域两个角度对其历史数据进行了统计分析，揭示了风电功率波动特征，为确定风电场储能系统的安装位置、吞吐功率和容量需求以及爬坡率要求奠定了基础；为降低风电功率的随机波动性对电网造成的不利影响，采用了低通滤波算法平滑并网风电场输出有功功率的风储联合运行控制策略。
2. 储能系统优化配置算法
文献[1]针对以往研究中的不足，提出了在实现SOC控制前提下,考虑满足平抑指标要求的充放电控制步长和电池使用寿命的电池容量配比优化算法。结合上海崇明岛风电场的实际输出功率数据进行了仿真验证，并讨论了所需电池的充放电倍率与容量的关系，分析了储能的能量损耗,为风储联合发电的示范工程提供理论依据和参考。实际风电场典型月的输出功率数据仿真结果表明配置方案具有较强可行性和有效性。
储能系统在提高风电接入能力方面具有广阔的应用前景,然而储能的高容量成本制约了风储联合系统的发展[16]。为解决大规模风电并网的功率波动问题,在考虑风电出力波动性和电池储能系统自身运行约束的基础上,提出了风储联合系统的储能容量优化配置策略。算例结果表明,只有当系统惩罚成本的减少足以弥补储能投资的增加时,风电场才有动力投资储能。通过合理配置储能容量,能够在平抑风电功率波动的基础上,提高风电场运行经济性[12]。
3.风储联合发电系统中锂电池寿命评估
