風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)數(shù)?；旌戏抡娣治?/h1>
2022-09-26 07:23:30王立強
內(nèi)蒙古電力技術(shù) 2022年4期
王立強，叢 雨，曹 斌，原 帥
（1.內(nèi)蒙古電力（集團）有限責(zé)任公司內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院分公司，呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)電力系統(tǒng)智能化電網(wǎng)仿真企業(yè)重點實驗室，呼和浩特 010020）
0 引言
隨著風(fēng)光等可再生能源的大力發(fā)展和推廣應(yīng)用，風(fēng)電場、光伏電站在電網(wǎng)中裝機與發(fā)電容量占比日益增大。2020年國家提出“碳達(dá)峰”“碳中和”的能源發(fā)展目標(biāo)，使得可再生能源的發(fā)展和利用獲得進一步支持。值得注意的是，風(fēng)光等可再生能源因其隨機性、波動性等特征，給電網(wǎng)安全和穩(wěn)定運行帶來諸多問題和風(fēng)險，如電能質(zhì)量、調(diào)頻問題、功率波動等，導(dǎo)致大規(guī)模風(fēng)光接入對電網(wǎng)供電及安全可靠性的影響也日益增加。
近年來，儲能逐漸在風(fēng)光等可再生能源協(xié)調(diào)發(fā)電領(lǐng)域中發(fā)揮作用[1-3]。2011年張北地區(qū)建設(shè)了國內(nèi)首個風(fēng)光儲電網(wǎng)友好型電站，將儲能應(yīng)用于電網(wǎng)削峰填谷、平滑波動等領(lǐng)域[4]，同時有學(xué)者提出了儲能在調(diào)頻、調(diào)峰等方面取得的成果[5]。在儲能應(yīng)用方面，較多學(xué)者側(cè)重于儲能的平抑波動算法[6-11]、風(fēng)儲協(xié)調(diào)策略[12]的研究，并開展相應(yīng)的仿真建模測試工作，以驗證策略有效性[13-18]。但上述研究多側(cè)重于理論驗證。在風(fēng)光儲系統(tǒng)仿真建模方面，目前的研究主要是運用離線仿真軟件進行純數(shù)字仿真建模和策略驗證[19-20]，也有學(xué)者提出了數(shù)字物理混合仿真方案驗證策略[14，21]，即通過新能源實物控制器結(jié)合實時仿真工具建立數(shù)?；旌戏抡婺Ｐ?。上述研究側(cè)重于機組控制器的數(shù)?；旌显诃h(huán)仿真，缺少場站級控制器的指令下發(fā)與閉環(huán)測試，而機組控制采用實物裝置模型的仿真結(jié)果更貼近現(xiàn)場實際[21-25]。
本文以某風(fēng)光儲新能源場站為例，建立風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電數(shù)模混合仿真平臺，與場站控制器構(gòu)建通信接口與指令響應(yīng)邏輯，制訂指令跟蹤及平滑功率波動的控制策略，模擬調(diào)度指令開展仿真測試，以驗證仿真方法與控制策略的有效性和正確性。
1 風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)建模
風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)電系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、電網(wǎng)系統(tǒng)及場站控制器裝置組成。采用RT-LAB建立數(shù)字模型，接收響應(yīng)調(diào)度（場站控制器）下發(fā)的指令，并上傳風(fēng)光儲實時的電氣信息量；場站控制器主要進行調(diào)度指令的分配和下發(fā)。在接收到總指令后，按照策略對風(fēng)光儲分別下發(fā)相應(yīng)指令值，保證新能源的最大消納和利用。
風(fēng)電系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用與實際場站相同容量的雙饋風(fēng)電機群。風(fēng)電機組定子側(cè)直接連接箱式變壓器低壓側(cè)，轉(zhuǎn)子側(cè)經(jīng)背靠背變流器連接電網(wǎng)，風(fēng)機出口通過變壓器連接至35 kV母線。在風(fēng)機控制系統(tǒng)中，網(wǎng)側(cè)部分采用典型的直流電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)控制，對直流母線電壓進行采樣，通過外環(huán)PI控制得到內(nèi)環(huán)有功電流Id的參考值，再通過內(nèi)環(huán)PI控制生成網(wǎng)側(cè)脈沖寬度控制（Pulse Width Modulation，PWM）作用于網(wǎng)側(cè)變流器，保證直流母線電壓的穩(wěn)定。機側(cè)控制包含兩種模式。自由發(fā)電模式下，采集機組轉(zhuǎn)速信號，通過最大功率跟蹤模塊進行最大功率捕獲，并進行槳距控制，得到內(nèi)環(huán)d軸電流參考值，內(nèi)環(huán)利用dq軸電流PI控制，保證風(fēng)電機組在最大功率下運行；調(diào)控發(fā)電模式下，風(fēng)電機組接收控制器下發(fā)的有功功率、無功功率功率指令，進而得到內(nèi)環(huán)電流參考值，實現(xiàn)功率的指令跟蹤。
圖1 風(fēng)電系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)Fig.1 Model structure of wind power system
光伏發(fā)電系統(tǒng)采用單極式結(jié)構(gòu)，拓?fù)浜涂刂七壿嫿Y(jié)構(gòu)如圖2所示。光伏電池板接收輻照度和溫度輸入，通過DC/AC逆變到交流側(cè)，濾波后經(jīng)變壓器接入35 kV母線?？刂颇Ｊ桨瑑煞N，自由發(fā)電運行模式和調(diào)控運行模式。自由發(fā)電運行模式下，控制系統(tǒng)采集光伏板輸出電壓U_PV和電流I_PV，經(jīng)最大功率跟蹤模塊計算得到直流電壓參考值Udcref，通過直流電壓、電流雙閉環(huán)控制生成PWM進行最大功率跟蹤發(fā)電；在調(diào)控運行模式下，光伏系統(tǒng)接收控制器下發(fā)的功率參考指令，通過功率閉環(huán)控制，實現(xiàn)有功功率、無功功率指令跟蹤響應(yīng)。
圖2 光伏系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)Fig.2 Model structure of photovoltaic system
儲能系統(tǒng)（如圖3所示）主要作為風(fēng)光資源的補充，直接接收控制器下發(fā)的功率指令，通過功率—電流雙閉環(huán)進行指令跟蹤，實現(xiàn)風(fēng)光儲的協(xié)調(diào)并網(wǎng)發(fā)電。
圖3 儲能系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)Fig.3 Model structure of energy storage system
2 系統(tǒng)架構(gòu)與控制策略
2.1 系統(tǒng)架構(gòu)
基于RT-LAB平臺建立風(fēng)光儲并網(wǎng)實時仿真模型，用于執(zhí)行控制器下發(fā)的調(diào)控指令，并實時采集、上傳機組、場站實時信息；調(diào)度指令下發(fā)通過場站控制器進行模擬，場站控制器負(fù)責(zé)上傳信息接收處理、控制邏輯策略計算和指令分配下發(fā)等任務(wù)，平臺整體架構(gòu)如圖4所示。電氣部分模型包含電網(wǎng)、風(fēng)電、光伏、儲能四部分，仿真步長為20 μs。為保證仿真實時性，各部分占用一個仿真資源核，模型間通過解耦連接線連接，實現(xiàn)多核并行運算。通信部分仿真模型通過IEC104協(xié)議與場站控制器通信，各部分模型分別接收場站控制器下發(fā)的調(diào)控遙調(diào)指令，同時采集遙信、遙測量反饋給場站控制器進行策略制訂和計算分配。以風(fēng)電模型為例，風(fēng)電系統(tǒng)在運行過程中，實時接收場站控制器下發(fā)的有功功率、無功功率指令值并響應(yīng)輸出，上報風(fēng)電系統(tǒng)的有功輸出值、無功輸出值、當(dāng)前有功最大可發(fā)值、無功最大可發(fā)值和相應(yīng)的指令反饋值、標(biāo)志位。依次完成光伏、儲能、電網(wǎng)匯集線的指令接收和下發(fā)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的數(shù)模混合仿真計算。
圖4 風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)Fig.4 Simulation structure of wind-solar storage power generation system
2.2 控制策略
風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的控制策略主要是利用儲能的快速響應(yīng)和功率性能來實現(xiàn)調(diào)控功率指令跟蹤、平滑功率波動等功能。正常運行時，場站控制器下發(fā)功率指令，優(yōu)先調(diào)用風(fēng)電和光伏系統(tǒng)進行發(fā)電跟蹤，當(dāng)指令需求小于風(fēng)光最大可發(fā)功率時，對負(fù)荷供電的同時向儲能系統(tǒng)充電，實現(xiàn)風(fēng)光資源的最大消納利用；當(dāng)指令需求大于風(fēng)光最大可發(fā)功率時，將調(diào)用儲能系統(tǒng)進行補充發(fā)電，以滿足負(fù)荷的指令需求。
考慮到風(fēng)光資源的隨機性和波動性，風(fēng)光發(fā)電過程中將給電網(wǎng)帶來功率波動。光伏發(fā)電主要受到云層移動等影響，晴天輸出功率相對穩(wěn)定，但極端天氣下，短時間功率波動可能超過裝機容量的50%[4]；而風(fēng)電主要受風(fēng)速波動的影響，其波動頻率更高。以某實際投運的50 MW風(fēng)電場站12 h實際運行曲線為例，其功率變化如圖5所示，可見風(fēng)電場輸出的功率變化頻率較高。為緩解風(fēng)光功率輸出高頻快速波動，儲能系統(tǒng)的快速投切顯得至關(guān)重要。
圖5 風(fēng)電場實際發(fā)電曲線Fig.5 Actual power generation curve of wind power plant
目前，較多學(xué)者多采用低通濾波算法進行功率平滑，這種方法適用性強、易于實現(xiàn)[12]，即通過儲能的投切彌補風(fēng)光出力中功率大幅變化，從而達(dá)到功率平滑輸出的目的。以圖3為例，設(shè)Pg為場站并網(wǎng)點總輸出功率目標(biāo)值，則有：
式中：Pwind為風(fēng)電機組總有功實際出力；Ppv為光伏系統(tǒng)總有功實際出力；Pbat為儲能系統(tǒng)總有功出力；Ploss為線路傳輸過程中產(chǎn)生的損耗。
采用低通濾波算法的傳遞關(guān)系為：
式中：Pflter為平滑功率的目標(biāo)值；s為微分算子；T為濾波時間常數(shù)；Pall為去除損耗的風(fēng)光功率之和。則儲能的目標(biāo)輸出指令為：
對式（2）（3）進行差分運算，可得：
式中，Tc為采樣周期。通過式（4）、式（5）可以得出t時刻的儲能指令，達(dá)到功率平滑的效果。這種方法對降低波動量效果好，充放電轉(zhuǎn)換次數(shù)少[6]，是同時考慮平滑效果和經(jīng)濟性實用性的綜合方案。
3 試驗分析
為驗證平臺及策略的正確性，基于RT-LAB平臺建立風(fēng)光儲并網(wǎng)仿真系統(tǒng)，風(fēng)電裝機容量425 MW，光伏容量75 MW，儲能系統(tǒng)容量140 MWh，仿真步長20 μs。分別進行有功指令跟蹤試驗和功率平滑輸出試驗，驗證大容量儲能系統(tǒng)參與功率指令跟蹤和功率平滑的響應(yīng)效果，同時校驗數(shù)?；旌戏抡娣椒翱刂撇呗缘臏?zhǔn)確性。
3.1 有功指令跟蹤試驗
風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行，場站控制器下發(fā)有功階躍調(diào)度指令，結(jié)果如圖6所示。第一階段，調(diào)度指令為128 MW，此時風(fēng)電光伏可發(fā)電量較大，按照比例保障風(fēng)光發(fā)電，在滿足調(diào)度需求的前提下對儲能系統(tǒng)充電；第二階段，調(diào)度指令提升至256 MW，仍為儲能系統(tǒng)充電，荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）一直呈增加趨勢，風(fēng)光按照調(diào)度需求及儲能最大充電功率發(fā)電；第三階段，調(diào)度指令為382 MW，仍小于風(fēng)光的最大可發(fā)能力，但由于受風(fēng)光波動的影響時刻變化，無法保證儲能滿功率輸入，因此風(fēng)光按最大可發(fā)能力發(fā)電，滿足調(diào)度要求后剩余功率為儲能系統(tǒng)充電，儲能系統(tǒng)充電功率呈波動趨勢；第四階段，調(diào)度指令為512 MW，已超過風(fēng)光總體最大可發(fā)能力之和，需儲能系統(tǒng)配合發(fā)電，策略為優(yōu)先調(diào)用風(fēng)光資源滿足消納，其余由儲能系統(tǒng)放電補充，同時補償輸出功率因風(fēng)光波動造成的缺額，SOC呈下降趨勢。
圖6 有功指令跟蹤試驗曲線Fig.6 Active command tracking test curve
3.2 功率平滑輸出試驗
功率平滑模式下，場站控制器下發(fā)自由發(fā)電指令，風(fēng)光按照當(dāng)前最大功率進行發(fā)電，由于風(fēng)速和光照的波動使得功率出現(xiàn)高頻波動（見圖7），波動范圍為400～450 MW，通過濾波算法投入儲能指令，濾除風(fēng)光波動中高頻部分，使得功率波動幅度明顯減?。ㄒ妶D7），可見儲能系統(tǒng)的參與對于功率波動有明顯的抑制作用。
圖7 功率平滑試驗對比Fig.7 Comparison of power smoothing test
4 結(jié)語
本文建立了風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)數(shù)模混合仿真平臺，包括風(fēng)電機組模型、光伏發(fā)電模型、儲能模型和電網(wǎng)模型，提出了場站控制器實物在環(huán)仿真架構(gòu)、聯(lián)合實時仿真和指令通信響應(yīng)方法，以新能源場站實際功率曲線為依據(jù)，提出儲能參與風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電控制策略，并開展了仿真試驗。仿真結(jié)果表明，提出的控制策略可有效提升風(fēng)光消納能力、降低功率波動水平，同時，提出的數(shù)?；旌戏抡娣椒沈炞C場站控制器策略有效性，為現(xiàn)場實際運行提供技術(shù)參考。
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近年來，儲能逐漸在風(fēng)光等可再生能源協(xié)調(diào)發(fā)電領(lǐng)域中發(fā)揮作用[1-3]。2011年張北地區(qū)建設(shè)了國內(nèi)首個風(fēng)光儲電網(wǎng)友好型電站，將儲能應(yīng)用于電網(wǎng)削峰填谷、平滑波動等領(lǐng)域[4]，同時有學(xué)者提出了儲能在調(diào)頻、調(diào)峰等方面取得的成果[5]。在儲能應(yīng)用方面，較多學(xué)者側(cè)重于儲能的平抑波動算法[6-11]、風(fēng)儲協(xié)調(diào)策略[12]的研究，并開展相應(yīng)的仿真建模測試工作，以驗證策略有效性[13-18]。但上述研究多側(cè)重于理論驗證。在風(fēng)光儲系統(tǒng)仿真建模方面，目前的研究主要是運用離線仿真軟件進行純數(shù)字仿真建模和策略驗證[19-20]，也有學(xué)者提出了數(shù)字物理混合仿真方案驗證策略[14，21]，即通過新能源實物控制器結(jié)合實時仿真工具建立數(shù)?；旌戏抡婺Ｐ?。上述研究側(cè)重于機組控制器的數(shù)?；旌显诃h(huán)仿真，缺少場站級控制器的指令下發(fā)與閉環(huán)測試，而機組控制采用實物裝置模型的仿真結(jié)果更貼近現(xiàn)場實際[21-25]。
本文以某風(fēng)光儲新能源場站為例，建立風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電數(shù)模混合仿真平臺，與場站控制器構(gòu)建通信接口與指令響應(yīng)邏輯，制訂指令跟蹤及平滑功率波動的控制策略，模擬調(diào)度指令開展仿真測試，以驗證仿真方法與控制策略的有效性和正確性。
1 風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)建模
風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)電系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、電網(wǎng)系統(tǒng)及場站控制器裝置組成。采用RT-LAB建立數(shù)字模型，接收響應(yīng)調(diào)度（場站控制器）下發(fā)的指令，并上傳風(fēng)光儲實時的電氣信息量；場站控制器主要進行調(diào)度指令的分配和下發(fā)。在接收到總指令后，按照策略對風(fēng)光儲分別下發(fā)相應(yīng)指令值，保證新能源的最大消納和利用。
風(fēng)電系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用與實際場站相同容量的雙饋風(fēng)電機群。風(fēng)電機組定子側(cè)直接連接箱式變壓器低壓側(cè)，轉(zhuǎn)子側(cè)經(jīng)背靠背變流器連接電網(wǎng)，風(fēng)機出口通過變壓器連接至35 kV母線。在風(fēng)機控制系統(tǒng)中，網(wǎng)側(cè)部分采用典型的直流電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)控制，對直流母線電壓進行采樣，通過外環(huán)PI控制得到內(nèi)環(huán)有功電流Id的參考值，再通過內(nèi)環(huán)PI控制生成網(wǎng)側(cè)脈沖寬度控制（Pulse Width Modulation，PWM）作用于網(wǎng)側(cè)變流器，保證直流母線電壓的穩(wěn)定。機側(cè)控制包含兩種模式。自由發(fā)電模式下，采集機組轉(zhuǎn)速信號，通過最大功率跟蹤模塊進行最大功率捕獲，并進行槳距控制，得到內(nèi)環(huán)d軸電流參考值，內(nèi)環(huán)利用dq軸電流PI控制，保證風(fēng)電機組在最大功率下運行；調(diào)控發(fā)電模式下，風(fēng)電機組接收控制器下發(fā)的有功功率、無功功率功率指令，進而得到內(nèi)環(huán)電流參考值，實現(xiàn)功率的指令跟蹤。
圖1 風(fēng)電系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)Fig.1 Model structure of wind power system
光伏發(fā)電系統(tǒng)采用單極式結(jié)構(gòu)，拓?fù)浜涂刂七壿嫿Y(jié)構(gòu)如圖2所示。光伏電池板接收輻照度和溫度輸入，通過DC/AC逆變到交流側(cè)，濾波后經(jīng)變壓器接入35 kV母線?？刂颇Ｊ桨瑑煞N，自由發(fā)電運行模式和調(diào)控運行模式。自由發(fā)電運行模式下，控制系統(tǒng)采集光伏板輸出電壓U_PV和電流I_PV，經(jīng)最大功率跟蹤模塊計算得到直流電壓參考值Udcref，通過直流電壓、電流雙閉環(huán)控制生成PWM進行最大功率跟蹤發(fā)電；在調(diào)控運行模式下，光伏系統(tǒng)接收控制器下發(fā)的功率參考指令，通過功率閉環(huán)控制，實現(xiàn)有功功率、無功功率指令跟蹤響應(yīng)。
圖2 光伏系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)Fig.2 Model structure of photovoltaic system
儲能系統(tǒng)（如圖3所示）主要作為風(fēng)光資源的補充，直接接收控制器下發(fā)的功率指令，通過功率—電流雙閉環(huán)進行指令跟蹤，實現(xiàn)風(fēng)光儲的協(xié)調(diào)并網(wǎng)發(fā)電。
圖3 儲能系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)Fig.3 Model structure of energy storage system
2 系統(tǒng)架構(gòu)與控制策略
2.1 系統(tǒng)架構(gòu)
基于RT-LAB平臺建立風(fēng)光儲并網(wǎng)實時仿真模型，用于執(zhí)行控制器下發(fā)的調(diào)控指令，并實時采集、上傳機組、場站實時信息；調(diào)度指令下發(fā)通過場站控制器進行模擬，場站控制器負(fù)責(zé)上傳信息接收處理、控制邏輯策略計算和指令分配下發(fā)等任務(wù)，平臺整體架構(gòu)如圖4所示。電氣部分模型包含電網(wǎng)、風(fēng)電、光伏、儲能四部分，仿真步長為20 μs。為保證仿真實時性，各部分占用一個仿真資源核，模型間通過解耦連接線連接，實現(xiàn)多核并行運算。通信部分仿真模型通過IEC104協(xié)議與場站控制器通信，各部分模型分別接收場站控制器下發(fā)的調(diào)控遙調(diào)指令，同時采集遙信、遙測量反饋給場站控制器進行策略制訂和計算分配。以風(fēng)電模型為例，風(fēng)電系統(tǒng)在運行過程中，實時接收場站控制器下發(fā)的有功功率、無功功率指令值并響應(yīng)輸出，上報風(fēng)電系統(tǒng)的有功輸出值、無功輸出值、當(dāng)前有功最大可發(fā)值、無功最大可發(fā)值和相應(yīng)的指令反饋值、標(biāo)志位。依次完成光伏、儲能、電網(wǎng)匯集線的指令接收和下發(fā)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的數(shù)模混合仿真計算。
圖4 風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)Fig.4 Simulation structure of wind-solar storage power generation system
2.2 控制策略
風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的控制策略主要是利用儲能的快速響應(yīng)和功率性能來實現(xiàn)調(diào)控功率指令跟蹤、平滑功率波動等功能。正常運行時，場站控制器下發(fā)功率指令，優(yōu)先調(diào)用風(fēng)電和光伏系統(tǒng)進行發(fā)電跟蹤，當(dāng)指令需求小于風(fēng)光最大可發(fā)功率時，對負(fù)荷供電的同時向儲能系統(tǒng)充電，實現(xiàn)風(fēng)光資源的最大消納利用；當(dāng)指令需求大于風(fēng)光最大可發(fā)功率時，將調(diào)用儲能系統(tǒng)進行補充發(fā)電，以滿足負(fù)荷的指令需求。
考慮到風(fēng)光資源的隨機性和波動性，風(fēng)光發(fā)電過程中將給電網(wǎng)帶來功率波動。光伏發(fā)電主要受到云層移動等影響，晴天輸出功率相對穩(wěn)定，但極端天氣下，短時間功率波動可能超過裝機容量的50%[4]；而風(fēng)電主要受風(fēng)速波動的影響，其波動頻率更高。以某實際投運的50 MW風(fēng)電場站12 h實際運行曲線為例，其功率變化如圖5所示，可見風(fēng)電場輸出的功率變化頻率較高。為緩解風(fēng)光功率輸出高頻快速波動，儲能系統(tǒng)的快速投切顯得至關(guān)重要。
圖5 風(fēng)電場實際發(fā)電曲線Fig.5 Actual power generation curve of wind power plant
目前，較多學(xué)者多采用低通濾波算法進行功率平滑，這種方法適用性強、易于實現(xiàn)[12]，即通過儲能的投切彌補風(fēng)光出力中功率大幅變化，從而達(dá)到功率平滑輸出的目的。以圖3為例，設(shè)Pg為場站并網(wǎng)點總輸出功率目標(biāo)值，則有：
式中：Pwind為風(fēng)電機組總有功實際出力；Ppv為光伏系統(tǒng)總有功實際出力；Pbat為儲能系統(tǒng)總有功出力；Ploss為線路傳輸過程中產(chǎn)生的損耗。
采用低通濾波算法的傳遞關(guān)系為：
式中：Pflter為平滑功率的目標(biāo)值；s為微分算子；T為濾波時間常數(shù)；Pall為去除損耗的風(fēng)光功率之和。則儲能的目標(biāo)輸出指令為：
對式（2）（3）進行差分運算，可得：
式中，Tc為采樣周期。通過式（4）、式（5）可以得出t時刻的儲能指令，達(dá)到功率平滑的效果。這種方法對降低波動量效果好，充放電轉(zhuǎn)換次數(shù)少[6]，是同時考慮平滑效果和經(jīng)濟性實用性的綜合方案。
3 試驗分析
為驗證平臺及策略的正確性，基于RT-LAB平臺建立風(fēng)光儲并網(wǎng)仿真系統(tǒng)，風(fēng)電裝機容量425 MW，光伏容量75 MW，儲能系統(tǒng)容量140 MWh，仿真步長20 μs。分別進行有功指令跟蹤試驗和功率平滑輸出試驗，驗證大容量儲能系統(tǒng)參與功率指令跟蹤和功率平滑的響應(yīng)效果，同時校驗數(shù)?；旌戏抡娣椒翱刂撇呗缘臏?zhǔn)確性。
3.1 有功指令跟蹤試驗
風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行，場站控制器下發(fā)有功階躍調(diào)度指令，結(jié)果如圖6所示。第一階段，調(diào)度指令為128 MW，此時風(fēng)電光伏可發(fā)電量較大，按照比例保障風(fēng)光發(fā)電，在滿足調(diào)度需求的前提下對儲能系統(tǒng)充電；第二階段，調(diào)度指令提升至256 MW，仍為儲能系統(tǒng)充電，荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）一直呈增加趨勢，風(fēng)光按照調(diào)度需求及儲能最大充電功率發(fā)電；第三階段，調(diào)度指令為382 MW，仍小于風(fēng)光的最大可發(fā)能力，但由于受風(fēng)光波動的影響時刻變化，無法保證儲能滿功率輸入，因此風(fēng)光按最大可發(fā)能力發(fā)電，滿足調(diào)度要求后剩余功率為儲能系統(tǒng)充電，儲能系統(tǒng)充電功率呈波動趨勢；第四階段，調(diào)度指令為512 MW，已超過風(fēng)光總體最大可發(fā)能力之和，需儲能系統(tǒng)配合發(fā)電，策略為優(yōu)先調(diào)用風(fēng)光資源滿足消納，其余由儲能系統(tǒng)放電補充，同時補償輸出功率因風(fēng)光波動造成的缺額，SOC呈下降趨勢。
圖6 有功指令跟蹤試驗曲線Fig.6 Active command tracking test curve
3.2 功率平滑輸出試驗
功率平滑模式下，場站控制器下發(fā)自由發(fā)電指令，風(fēng)光按照當(dāng)前最大功率進行發(fā)電，由于風(fēng)速和光照的波動使得功率出現(xiàn)高頻波動（見圖7），波動范圍為400～450 MW，通過濾波算法投入儲能指令，濾除風(fēng)光波動中高頻部分，使得功率波動幅度明顯減?。ㄒ妶D7），可見儲能系統(tǒng)的參與對于功率波動有明顯的抑制作用。
圖7 功率平滑試驗對比Fig.7 Comparison of power smoothing test
4 結(jié)語
本文建立了風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)數(shù)模混合仿真平臺，包括風(fēng)電機組模型、光伏發(fā)電模型、儲能模型和電網(wǎng)模型，提出了場站控制器實物在環(huán)仿真架構(gòu)、聯(lián)合實時仿真和指令通信響應(yīng)方法，以新能源場站實際功率曲線為依據(jù)，提出儲能參與風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電控制策略，并開展了仿真試驗。仿真結(jié)果表明，提出的控制策略可有效提升風(fēng)光消納能力、降低功率波動水平，同時，提出的數(shù)?；旌戏抡娣椒沈炞C場站控制器策略有效性，為現(xiàn)場實際運行提供技術(shù)參考。
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