（江蘇國信臨海風(fēng)力發(fā)電有限公司，江蘇 鹽城 224000）

儲能系統(tǒng)容量配置是否合理對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行有很大影響。若儲能容量配置小，風(fēng)機(jī)在夜間產(chǎn)生的多余電量無法充分存儲，從而造成風(fēng)能資源的極大浪費。若容量配置過大，不但會增加初期投資成本，還可能導(dǎo)致儲能系統(tǒng)長時間充電不足，進(jìn)而影響儲能效果及壽命。因此，合理規(guī)劃儲能系統(tǒng)容量對風(fēng)電行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。

一、風(fēng)力發(fā)電概述

風(fēng)力發(fā)電是指把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)為電能。風(fēng)能是一種清潔無公害的可再生能源能源，很早就被人們利用。利用風(fēng)力發(fā)電非常環(huán)保，且風(fēng)能蘊量巨大，因此日益受到世界各國的重視。風(fēng)力發(fā)電的原理是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。依據(jù)風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三米的微風(fēng)速度(微風(fēng)的程度)，便可以開始發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因風(fēng)力發(fā)電無需使用燃料，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。

二、儲能的接入方式

（一）直流側(cè)儲能接入方式。在風(fēng)機(jī)直流側(cè)安裝儲能裝置，通常是為了在故障發(fā)生引起風(fēng)機(jī)端電壓下降時，儲能能提高風(fēng)機(jī)的低電壓穿越能力，保持風(fēng)機(jī)在短時間內(nèi)不脫網(wǎng)運行。在風(fēng)機(jī)直流側(cè)加裝儲能結(jié)構(gòu)時，儲能設(shè)備可使用蓄電池或超級電容器。為了提高直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的性能，采用直流側(cè)安裝儲能裝置的策略，當(dāng)直流側(cè)的電壓過高時，多余的能量能存儲在儲能裝置中；當(dāng)直流側(cè)電壓不足時，儲能設(shè)備中儲存的能量可釋放出來。同時，當(dāng)風(fēng)速發(fā)生變化時，可利用儲能設(shè)備平抑系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的輸出功率波動和平衡電網(wǎng)需求功率。在風(fēng)機(jī)直流側(cè)安裝儲能裝置，能提高風(fēng)機(jī)的低電壓穿越能力，提高風(fēng)能利用效率，當(dāng)電網(wǎng)故障造成電壓跌落時，風(fēng)機(jī)能保持正常運行，故障消除后可迅速恢復(fù)正常運行。

（二）交流側(cè)儲能接入方法。儲能根據(jù)接入網(wǎng)位置可分為接在靠近風(fēng)機(jī)出口處及接在靠近負(fù)荷區(qū)兩種類型，而每種類型有兩種接入方式，即集中式、分散式接入。在短期預(yù)測范圍內(nèi)，儲能能有效抑制風(fēng)功率波動，并分別對風(fēng)機(jī)出口儲能的集中式、分散式接入進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明，集中式接入效果較好，由于同一風(fēng)電場中各風(fēng)機(jī)的風(fēng)速可能不同，致使風(fēng)機(jī)出口母線的電壓無法穩(wěn)定在一個特定的值，因此儲能不足以抑制風(fēng)速變化引起的功率波動。研究了風(fēng)機(jī)出口儲能的集中接入及負(fù)荷側(cè)儲能的分散式接入，仿真結(jié)果表明，負(fù)荷側(cè)儲能分散式接入不僅可減少風(fēng)功率波動對電網(wǎng)的不利影響，還降低了系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性，且效果優(yōu)于風(fēng)機(jī)出口儲能集中式接入。然而，關(guān)于負(fù)荷側(cè)儲能集中接入的研究較少，需進(jìn)一步研究及探討。

三、儲能技術(shù)在風(fēng)電中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

（一）提高風(fēng)電系統(tǒng)的低電壓穿越能力。LVRT 問題一直是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展中需解決的難題之一，也是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。提高風(fēng)電系統(tǒng)的LVRT 能力可從單機(jī)和風(fēng)電場層面開展工作。對風(fēng)電機(jī)組而言，提高LVRT 的方案有：1)改進(jìn)控制策略。這種方案無需增加額外硬件設(shè)備，實現(xiàn)相對簡單。但由于電網(wǎng)故障過程中風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生暫態(tài)過電壓和過電流的根本原因是瞬時能量的不平衡，改進(jìn)控制策略無法從根本上解決故障過程中的暫態(tài)能量過剩問題，因而在有些情況下很難達(dá)到預(yù)期效果，該方案一般僅在故障電壓變化不明顯情況下有效；2)通過增加硬件設(shè)備實現(xiàn)。這種方案有很多的實現(xiàn)途徑，效果明顯，但需增加額外成本。對風(fēng)電場而言，很難通過改進(jìn)單臺機(jī)組的控制策略提高整個風(fēng)電場的故障穿越能力，因而增加硬件設(shè)備是主要的方法?？焖賰δ芟到y(tǒng)作為一種特殊的FACTS 裝置，在單機(jī)和風(fēng)電場層面上是一種較有效的解決方案。

（二）平抑功率波動。風(fēng)電出力波動和不易控制是造成電網(wǎng)穩(wěn)定性、電能質(zhì)量和調(diào)度經(jīng)濟(jì)性等問題的根本原因。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，通過合理引入ESS，并制定相應(yīng)的控制策略，能達(dá)到減小風(fēng)速隨機(jī)變化對風(fēng)電出力的影響，抑制風(fēng)電輸出功率波動的目的。

近年來，已有學(xué)者利用ESS 平抑風(fēng)電功率波動進(jìn)行了研究，并取得了很多有價值的成果?？傮w而言，也可分為單機(jī)和風(fēng)電場兩個層面的應(yīng)用。在單機(jī)層面，在DFIG風(fēng)電機(jī)組的直流母線上并聯(lián)超級電容器，并通過模糊理論進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以平抑風(fēng)電機(jī)組功率波動。另外，對大型風(fēng)電場中的單臺機(jī)組而言，由于受到尾流效應(yīng)、塔影效應(yīng)等多種因素影響，準(zhǔn)確預(yù)測其出力較困難，且在實際運行中也很難實現(xiàn)。在基于全功率變頻器的永磁同步風(fēng)電機(jī)組的直流母線上并聯(lián)飛輪儲能裝置，并通過模糊控制，從而實現(xiàn)抑制風(fēng)電機(jī)組輸出功率的波動。

四、儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置策略

為延長電池儲能系統(tǒng)(BESS)中蓄電池的使用壽命，使蓄電池長期處于較優(yōu)的工作狀態(tài)，本文要求蓄電池組盡可能以額定功率充放電。

在系統(tǒng)運行過程中，若風(fēng)電場輸出功率小于電網(wǎng)調(diào)度功率，此時就出現(xiàn)功率缺失，儲能系統(tǒng)進(jìn)行放電彌補(bǔ)功率缺失。

若風(fēng)電場輸出功率大于電網(wǎng)調(diào)度功率，此時系統(tǒng)的能量缺失量為0，儲能系統(tǒng)充電。

考慮到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的間歇性，結(jié)合電池儲eη能系統(tǒng)能量密度大、充放電效率高的特點，提出適合該儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置策略。

管理策略1：當(dāng)系統(tǒng)的缺失功率小于電池儲能系統(tǒng)的額定功率時，儲能裝置的充、放電功率為

式中：eη為系統(tǒng)逆變器的功率轉(zhuǎn)換效率。經(jīng)單位時間的放電后，電池儲能系統(tǒng)未放電至最小容量，此時電池儲能系統(tǒng)完全ce 彌補(bǔ)系統(tǒng)的功率缺失，即這種情況無能量缺失。

管理策略2：當(dāng)系統(tǒng)的缺失功率小于電池儲能系統(tǒng)的額定功率時，再經(jīng)過時間的放電后，電池儲能系統(tǒng)剛好放電至最小容量。之后的時間內(nèi)，為避免電池出現(xiàn)過度放電現(xiàn)象，電池儲能系統(tǒng)停止放電。

管理策略3：當(dāng)系統(tǒng)的缺失功率大于電池儲能系統(tǒng)的額定功率時，則電池儲能系統(tǒng)以額定功率放電進(jìn)行補(bǔ)償，經(jīng)單位時間的放電后，電池儲能系統(tǒng)未放電至最小容量。

管理策略4：當(dāng)系統(tǒng)的缺失功率大于電池儲能系統(tǒng)的額定功率時，則電池儲能系統(tǒng)以額定功率放電進(jìn)行補(bǔ)償，再經(jīng)時間的放電后，電池儲能系統(tǒng)剛好放電至最小容量。在之后的時間內(nèi)，為避免電池出現(xiàn)過度放電現(xiàn)象，電池儲能系統(tǒng)停止放電。