风电并网中储能技术应用的探讨

电力电风电并。_网中储能技术应用的探讨陈娜娜，宁讳，李富生，陶学军，岳红轩。1河南工业大学，河南郑州450007；2许继风电控制技术研发中心，河南许昌461000摘要简要介绍了风电的特点和发展趋势，指出了风电并网面I临的主要问题。针对风电并网带来的电能质量、稳定性、经济性等诸多问题阐述了基于储能技术、风电功率预测技术和调度技术的解决方案。具体介绍了使用铅酸蓄电池组成储能系统并结合风电功率预测、电网调度技术的方法，使风电可控、可调，一定程度上改善了风电品质，提高了风电利用率，增强了电网稳定性。关键词风电；铅酸蓄电池；储能系统；风电功率预测中图分类号TM614文献标识码A文章编号10099492201112004903DISCUSSINGONAPPLICATIONOFENERGYSTORAGESYSTEMOFWINDPOWERCHENNANA，NINGYI，LIFUSHENG，TAOXUEJUN，YUEHONGXUAN1HENANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，ZHENGZHOU450007，CHINA；2XJGROUPCORPORATION，XUCHANG461000，CHINAABSTRACTBRIEFLYINTRODUCESTHECHARACTERISTICSANDDEVELOPMENTTRENDOFWINDPOWER，CHALLENGESFORWINDPOWERINTEGRATIONARESUMMARIZEDWITHREGARDTOTHEPROBLEMSINPOWERQUALITY，STABILITY，ECONOMICINDUCEDBYTHEDINTEGRATIONOFWINDPOWER，THESOLUTIONBASEDONENERGYSTORAGE，PREDICTIONTECHNOLOGYOFWINDPOWER，DISPATCHERTECHNOLOGYISDISCUSSEDTHEMETHODOFUSEOFLEADACIDBATTERYENERGYSTORAGESYSTEMCOMBINEDWITHWINDPOWERPREDICTION，POWERGRIDDISPATCHERTECHNOLOGYISINTRODUCEDPARTICULARLYTOMAKEWINDPOWERCONTROLLABLE，ADJUSTABLE，TOACERTAINEXTENT，THEQUALITYOFWINDPOWERISPROVED，THEUTILIZATIONRATIOOFWINDPOWERISRAISED，ANDTHEGRIDSTABILITYISSTRENGTHENEDKEYWORDSWINDPOWER；LEADACIDBATTERY；STORAGESYSTEM；PREDICTIONOFWINDPOWER1引言由于环境污染和传统能源短缺问题日益严重，绿色环保新能源的开发利用已成为全世界关注的焦点。风电技术作为新能源的应用方式，在中国发展速度十分迅猛。但风电的发展过程受到很多因素的制约，较为突出的是风电并网问题。风电是典型的随机性、间歇性电能，其并网后将在一定程度上造成电网电压、频率不稳定等负面影响，致使电能质量下降，影响电网健康工作。如果这些问题处理不当，不仅危害电网负载，甚至会导致整个电网崩溃，给生产生活带来巨大损失，同时也严重影响风电的发展。针对风电并网出现的问题本文提出了使用铅酸蓄电池组成储能系统，并结合风电功率预测、调度技术的方法使风电可控。该方法能有效弥补风电的随机性、间歇性，改善风电品质协助电网调峰，提高电网稳定性；而且能存储多余电能，提高风电利用率，但要兼顾铅酸蓄电池寿命；该方法具有很好的研究价值。2储能技术在并网中的应用分析图1是带有储能系统的风电并网系统结构图，主要包括风机组、电网、储能系统。风风矾电电机机机池池12月12图1带有储能系统的风电并结构图收稿日期20110629I电网风电储能系统参与电网平衡主要通过储能系统和风电机组配合工作、合理调度，对电网供电。储能系统主要是通过动态吸收并实时释放电能，改善电网平衡，增强电网稳定性。当平均风速较大，风力发电机组输出电能较多时，储能系统将风力发电机过剩电能，暂储于储能系统当平均风速较小、无风时风力发电机组输出的电能不足或电网负载增加时，储能系统将储存的能量释放出来并转化为电能以弥补电网电能需求。这样既避免大风时风资源的浪费又不会因为风小、无风时风力发电机组输出电能不足或电网负载增加时造成电网调度失败。储能系统结合风电功率预测、电网调度技术使用，可以更好地保证电能质量和电网安全及稳定。储能系统参与电网平衡，可以减少电网预留容量，提高电网的经济性。3储能设备的选择及分析31储能设备选择在能源的开发、使用、运输过程中，存在着形态、时间、数量的差别，为了弥补这些差别，有效利用能源，常采用存储和释放能量的技术，即储能技术。根据能量转换形式不同，储能技术可分为化学储能、机械储能、电磁储能。蓄电池储能是化学储能的一种，它具有易储存和运输方便等特点，早已广泛应用于生产和生活。由于铅酸蓄电池具有技术成熟、价格低廉、容量较大、寿命较长等优点，因此，目前风电储能系统大多选用铅酸蓄电池作为储能设备。32铅酸蓄电池储能分析铅酸蓄电池阻抗数学模型对研究其充放电起着重要作用23，阻抗等效数学模型如图2所示。其中，尺，是电池欧姆电阻，尺是化学和浓度差极化电阻。C是极板等效电容。根据对铅酸蓄电池阻抗数学模型分析，其充放电的物理模型如图3所示。图2铅酸蓄电池等效阻抗数学模型图3铅酸蓄电池充电数学模型图3中E是电池电动势，是端电压，I是充放电电流。蓄电池充放电过程的拉氏变换式表示为公式1UE土IXR2，1铅酸蓄电池充放电是动态过程，公式2详细给出了铅酸蓄电池在充放电过程中，允电电压与剩余容量、电流、内阻之间的关系JF以0189墨】F2SOCO9LN3OOIAH10】其中AH是蓄电池标称容量SOC是电池的放电深度即电池电荷状态，见公式3。0C_1AH3从上述给出的铅酸蓄电池的数学模型及充放电公式可知，通过控制充放电电流、电压、时间，再配合合理调度方法，可以实现风电安全并网。4风电功率预测、电网调度与储能系统4。1风电功率预测与储能系统电网是实时动态平衡系统即发电、用电时刻保持平衡。随着风电并网的迅速发展，为保持电网平衡，预留大规模备用容量相当不经济，适当增加一定容量的储能系统配合电网调峰是目前解决该问题较为有效的方法，为了达到更好的效果本文提出基于风电功率预测技术、电网调度技术的储能系统配合电网调度。风电并网中，风电功率预测尤为必要。根据准确的预测信息，调度系统可以合理安排常规电场和风电场发电计划或储能系统的充放电。减少系统的旋转备用，提高电网的经济性、安全性。另外，风电功率预测有助于调度人员优化常规电场和风电场发电计划，最大限度使用风电。42电网调度与储能系统在风电功率预测正确的情况下，利用电网预留的容量和储能系统容量通过电网进行调度。在调度系统中，电网的作用是协调负载用电量和发电量之间的关系，即电网根据不同时段不同负载用电量，对发电方提出合理的调度命令，比如在工作日中从早上730时到晚上23时用电量较R，_TT_L蓦I毒150I譬嚣囊1LL一电力电多，而23时到第二天73O时相对来说用电量较少，这就需要向发电方或储能系统发出不同的调度命令，及时调整调度计划。在风力发电机组和储能系统充放电允许的情况下，尽量满足电网负载功率要求E6，即满足公式4、5的要求。耐UIIXCOSXT45其中表示不同时刻的电网负载功率；表示风力发电机组发出的最大电功率；表示蓄电池所能补偿电网的功率；表示电池的充放电电压；I表示充放电电流；COS表示功率因素；卵表示工作效率。如果I是“”，表示蓄电池组放电，如果是“一”，则表示向蓄电池组充电。5风电储能控制分析如图4所示风电储能控制系统主要包括风电功率预测系统、电网调度系统、风电储能控制核心、蓄电池充放电控制系统等几部分。风电预LL风机输测系统LI出功率案1池充L广工L放电I风电储能控制核心厂系统ILII风机组II电网LI输出功II调度IL率控制II系统L图4风电储能控制系统框图在风电功率预测系统正确工作的情况下，风电储能控制核心根据风电功率预测系统和风机输出电能的信息作出相关决策。当电网额定负载功率大于风机输出功率时，控制核心通过蓄电池充放电控制系统决策储能系统放电，当出现过放时，作出保护电池决策，同时通知调度系统；当额定负载功率小于风机输出功率时控制核心通过蓄电池充放电控制系统决策储能系统充电；当出现过充时，作出保护电池决策，同时通知调度系统。在风电功率预测正确的情况下，其具体控制过程详见图5。6总结与展望本文通过对风电储能系统及控制方案的理论分析，论证了风电并网时，配合风电功率预测技术和电网调度技术，储能系统可优化电网质量。提高风能的利用率，提高电网的经济性。该方案在理论上是可行的，具有很好的应用前景。但由图5风电储能控制系统流程图于风电功率的预测难度较大我国在风电储能控制方面的研究还有很长的路要走。参考文献1尚景宏，蔡旭大型风力发电蓄电池储能电源系统应用U应用科技，2009，361026282宇航利用储能系统平抑风电功率波动的仿真研究D吉林东北电力大学，20103曾杰可再生能源发电与微网中储能系统的构建与控制研究D武汉华中科技大学，20094BOGDANSBOROWY，ZIYADMSALAMEHDYNAMICRESPONSEOFASTANDALONEWINDENERGYCONVEIONSYSTEMWITHBAKERYENERGYSTORAGETOAWINDGUSTIEEETRANSACTIONSONENERGYCONVEIONJ1997，12173785高明裕，张红岩蓄电池剩余容量在线测量J电测与仪表，2000，3792