楊樂

（北京國電電力新能源技術(shù)有限公司，北京 102200）

光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電具有無污染特點，是當(dāng)前推動能源轉(zhuǎn)型的重要方式。隨著風(fēng)、光電容量的提高，對電力系統(tǒng)運行調(diào)度提出了更高要求。但通過應(yīng)用儲能技術(shù)，能夠有效改善電能質(zhì)量，因此，探析該技術(shù)的應(yīng)用方法是十分必要的。

1 規(guī)?；瘍δ芟嚓P(guān)概述

規(guī)模化儲能主要是指將電能進行一定規(guī)模的儲存，目前，規(guī)?；瘍δ芗夹g(shù)主要分為物理儲能、電化學(xué)儲能以及電磁儲能，不同儲能方式具有不同特點與適用場合。對于物理儲能，在成本和技術(shù)成熟性方面具有較大優(yōu)勢，主要包括抽水蓄能、飛輪儲能以及壓縮空氣儲能，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)穩(wěn)定性、暫態(tài)/動態(tài)、頻率等方面進行有效控制。對于電化學(xué)儲能，主要包括鈉硫、液流、鉛酸、鉛碳以及鋰離子電池，不僅使用方便，整體響應(yīng)時間也較快，具有較強靈活性。主要應(yīng)用于風(fēng)、光發(fā)電儲能、改善電能質(zhì)量、UPS等方面。對于電磁儲能而言，主要包括超導(dǎo)電磁和超級電容器儲能，雖然成本較高但響應(yīng)較快，主要應(yīng)用于電能質(zhì)量控制和UPS等方面，仍處于發(fā)展階段。

2 研究風(fēng)、光發(fā)電項目中規(guī)?；瘍δ艿膽?yīng)用現(xiàn)狀

從目前來看，規(guī)模化儲能技術(shù)在風(fēng)、光發(fā)電項目中的研究主要包括風(fēng)、光儲系統(tǒng)集成、發(fā)電與儲能容量配置、平抑能力、儲能系統(tǒng)監(jiān)測以及儲能系統(tǒng)能量優(yōu)化控制等方面。2017年，我國發(fā)展改革委發(fā)布了有關(guān)儲能技術(shù)的指導(dǎo)意見，意味著儲能行業(yè)走入大規(guī)模發(fā)展道路，目前，已落實40多個儲能示范項目，在張北、遼寧等地建成了規(guī)?；瘍δ茈娬?。由此可見，風(fēng)、光發(fā)電項目中，規(guī)?；瘍δ艿膽?yīng)用越發(fā)廣泛，且具有極強的應(yīng)用發(fā)展前景。就目前現(xiàn)狀來看，風(fēng)、光發(fā)電項目中規(guī)模化儲能應(yīng)用過程中所使用的關(guān)鍵技術(shù)主要有：（1）系統(tǒng)建模、儲能單元以及物理平臺的優(yōu)化配置；（2）對儲能系統(tǒng)剩余電量的估算技術(shù)以及有效控制充放電優(yōu)化管理控制方法；（3）有效優(yōu)化風(fēng)、光發(fā)電系統(tǒng)儲能單元能量管理控制策略。

3 論析風(fēng)、光發(fā)電項目中規(guī)?；瘍δ艿膽?yīng)用方法

3.1 應(yīng)用思路

在將規(guī)模化儲能應(yīng)用于風(fēng)、光發(fā)電項目時，應(yīng)明確應(yīng)用思路，即對光伏陣列、風(fēng)電機組以及儲能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換過程和原理進行分析，并以Matlab/Simulink仿真平臺為基礎(chǔ)構(gòu)建各系統(tǒng)功率輸出等效仿真模型，根據(jù)實際情況構(gòu)建配置方案，實現(xiàn)多目標(biāo)聯(lián)合優(yōu)化模型的順利建立。在對建模方案進行制定時，主要運用間接組合建模形式進行，并以各系統(tǒng)、機組等方面特性為基礎(chǔ)，采用等值方法將構(gòu)建的單元級模型應(yīng)用于聚合建模中，實現(xiàn)并網(wǎng)，最后在公共連接點對電網(wǎng)的動態(tài)特征進行掌握，實現(xiàn)規(guī)模化儲能在風(fēng)、光發(fā)電項目中的有效應(yīng)用。即落實單元級-電站級-聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的間接組合建模思路，并將其應(yīng)用于聯(lián)合建模中，切實提升電站電量收益。

3.2 制定系統(tǒng)等效模型

在將規(guī)?；瘍δ軕?yīng)用于風(fēng)、光發(fā)電項目時，需要建立各系統(tǒng)等效模型，主要包括儲能系統(tǒng)和風(fēng)、光發(fā)電系統(tǒng)，在對其進行建模時，主要采用間接組合建模思路，對三個系統(tǒng)的特征模型進行分別建立。首先，建立風(fēng)力發(fā)電機組模型。在對該模型進行建立時，主要面向雙饋風(fēng)機進行設(shè)計，分別使用齒輪箍、集電線路對單組風(fēng)電機組模型進行構(gòu)建；其次，建模光伏發(fā)電單元，主要包括DC/AC逆變器模擬、光伏陣列模型以及數(shù)據(jù)接口；最后，建模儲能單元，主要使用儲能電池組模型、數(shù)據(jù)接口以及DC/AC換流器模型。

在建立系統(tǒng)模型后，為使各個系統(tǒng)能夠順利運作，避免沒必要的煩瑣仿真計算，可以采取等值方法對各系統(tǒng)等值模型進行建立。在建立等值模型時，主要對主變壓器、集電線路以及機組和單元變壓器進行構(gòu)建，以風(fēng)電場為例。（1）使用變壓器模型進行并網(wǎng)；（2）由于是大規(guī)模儲能，風(fēng)電場規(guī)模和場內(nèi)集電線路規(guī)模相對較大，為此，需要合理布置集電線路，保證線路的等值。值得注意的是，該等值方法需要滿足兩個關(guān)鍵點，具體為：①若是兩風(fēng)電機組的連接饋線長度在1000m以內(nèi)，則意味著電壓跌落較小，風(fēng)電機組機端電壓幅值需相等；②無論是風(fēng)電機組自身還是機端并聯(lián)電容器，均具有勵磁能力，所以，需要保證各風(fēng)電機組功率因素一致。在滿足上述兩個關(guān)鍵點后，可以獲得集電線路總損耗，當(dāng)線路長度為1時，則每項參數(shù)為：R=r1l(Ω)、X=r1l(Ω)、G=g1l(Ω)、B=b1l(Ω)，其中，R、X、G、B分別為總電阻、總電抗、總電導(dǎo)以及總電納。通過對其進行計算，能夠掌握總損耗，進而保證集電線路布置的科學(xué)合理性。（3）對機組和單元變壓器進行設(shè)計，通過使用倍乘方式能夠?qū)崿F(xiàn)其等效。對于單元變壓器等效模型而言，主要應(yīng)用n臺變壓器進行并聯(lián)，而機組的等值模型則需要對n臺機組線性倍乘實現(xiàn)，該環(huán)節(jié)，儲能電站和光伏電站與其相似。最后，對影響并網(wǎng)特性主要因素的集電線路、機組、主變壓器以及單元變壓器進行考慮，得到等效模型。具體模型如圖1所示。

圖1 等值模型

3.3 制定發(fā)電功率波動特性平抑策略

在風(fēng)、光發(fā)電項目中應(yīng)用規(guī)?；瘍δ芗夹g(shù)時，應(yīng)使用時間序列分析法以及概率統(tǒng)計分析法分析有功功率波動特性，值得注意的是，應(yīng)以風(fēng)電場實際運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并結(jié)合光伏發(fā)電能量、風(fēng)力發(fā)電能力的轉(zhuǎn)換過程，獲取處理變動率、容量系數(shù)等指標(biāo)，進而科學(xué)、合理評價不同光照水平、風(fēng)速條件下最大功率追蹤能力以及輸出功率波動特性，得到其量化評價，進而制定出能夠有效平抑風(fēng)、光發(fā)電項功率波動特性的策略，保證規(guī)模化儲能在風(fēng)、光發(fā)電項目中的應(yīng)用實效性。

以20MWp光伏電站為例，通過使用以上建模方法，能夠獲得以下曲線數(shù)據(jù)，儲能系統(tǒng)削峰填谷曲線如圖2所示，儲能系統(tǒng)平衡電站出力曲線如圖3所示。

圖2 削峰填谷曲線

圖3 平衡電站出力曲線

以此為基礎(chǔ)，對系統(tǒng)容量配置與預(yù)測功率優(yōu)化方案進行制定，并根據(jù)規(guī)模化儲能技術(shù)特性將功率匹配最佳、成本降低以及提高輸出功率平滑度作為方案制定目標(biāo)，通過落實就近平衡原則，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)容量配置方案的合理制定，進一步提升規(guī)?；瘍δ茉陲L(fēng)、光發(fā)電項目中的應(yīng)用效果。在實際平抑過程中，應(yīng)分別掌握風(fēng)、光兩方面數(shù)據(jù)，進而對儲能電池充放電策略進行調(diào)整、對功率預(yù)測進行優(yōu)化，并以濾波器幅頻特性為基礎(chǔ)進行平滑處理，對離散點的功率走勢進行平滑處理，優(yōu)化平滑效果。為實現(xiàn)該優(yōu)化方案，應(yīng)對風(fēng)、光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行控制，尤其在不同模式下，進而實現(xiàn)能量控制策略。主要是對儲能裝置電量約束和功率出力條件進行綜合考量，引入光功率預(yù)測技術(shù)和風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的有效控制。之后，對系統(tǒng)的計劃處理與中處理相匹配程度進行量化，使其形成指標(biāo)，以提高輸出功率平滑度為主要目標(biāo)對遞進區(qū)間控制函數(shù)進行構(gòu)建，實現(xiàn)對目標(biāo)函數(shù)的有效優(yōu)化。最后，結(jié)合實際情況對能夠優(yōu)化儲能控制的數(shù)學(xué)模型進行建立，并結(jié)合仿真與物理模擬方法對儲能電站動態(tài)控制進行有效優(yōu)化，從各個方面提高風(fēng)、光發(fā)電項目中規(guī)?；瘍δ艿膽?yīng)用效果。

例如，在光伏電站增加儲能裝置，通過該裝置提高光伏發(fā)電輸出功率波動的平滑性，保證其波動率在設(shè)定值之內(nèi)。同時，調(diào)節(jié)儲能系統(tǒng)，對電站發(fā)電計劃跟蹤能力進行強化，在滿足有關(guān)部門要求的同時對棄光電量進行有效降低，實現(xiàn)能耗和成本的降低。通過使用規(guī)?；瘍δ埽?gòu)建相關(guān)系統(tǒng)與模型，能夠依托性能穩(wěn)定的電化學(xué)儲能系統(tǒng)對光伏電站反調(diào)峰性進行有效降低，進一步減少棄電，實現(xiàn)電能的有效遷移和雙向轉(zhuǎn)換，為建設(shè)綠色低碳生態(tài)系統(tǒng)提供助力，促進風(fēng)、光發(fā)電事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上所述，規(guī)模化儲能技術(shù)在風(fēng)、光發(fā)電項目的應(yīng)用對降低成本、保證電力質(zhì)量等方面具有極強的現(xiàn)實意義。因此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)深入研究規(guī)?；瘍δ芑A(chǔ)，通過構(gòu)建等值模型、制定平抑策略等方法提升應(yīng)用效果，促進電力事業(yè)健康發(fā)展。