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储能系统平抑风光发电出力波动的研究方法综述.pdf

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法综述 0引言风力发电和光伏发电作为一种可再生、无污染的能源，近些年 来得到了全世界范围的关注，并且获得了大力地发展，我国政府出于 资源与环境的压力也在积极地发展风力发电和光伏发电。风速由于受 到天气与地理等因素的影响，其大小与风向会经常性变化，而光伏出 力也与天气变化密切相关，光照强度和气温的变化会影响到出力的大 小，从而导致风电和光伏出力具有很大的随机性、波动性和间歇性。 风光装机容量占全网总容量较小时，风光出力的波动不会对电网造成 不良影响，但随着风光接入电网容量的不断增大，随机性、波动性和 间歇性等风光出力特性对电力系统的安全与稳定运行影响越来越大， 大大降低了原有的电能质量。上述问题严重影响了风光发电的并网， 对电网的调频和调峰也产生了严重的影响。将风光出力控制在最大跟 踪功率以下，根据需要相应地提高或降低风光输出功率可达到平抑风 光出力波动的目的，但该方法会降低风光的利用率，造成风电场、光 伏电站的效益下降，而且这样调节的效果也有限。并且现在风光出力 预测水平还存在一定的局限性，在风电渗透性增加的情况下，会对出 力计划造成越来越大的影响。随着储能技术的兴起，为储能系统平抑 风电出力的波动提供了可能。储能是既传统又新兴的技术，早期就开 始应用的抽水蓄能电站也可以归为储能技术，而新兴储能技术则主要 包括近年来发展起来的电池储能、超导储能、超级电容器储能等技术。 随着这些新兴储能技术应用的发展与成熟，储能系统在平抑风电出力 同时相关研究也越来越丰富。国内外也已 建立了一些储能的示范性项目：如中国国家电网公司在张北建成的风 光储电站；辽宁电网在卧牛石风电场建成了全钒液流 电池储能示范电站；日本北海道采用全钒液流电池建成了风电场的配 套储能电站，主要用于平滑风电出力波动。本文重点阐述了储能平抑 风光发电出力波动的研究现状，归纳总结了平抑风电、光伏出力波动 的相关控制方法。1 储能技术及平抑出力波动原理概述 1.1 储能技术分类风电和光伏发电的出力波动在任何时候都可 能发生，在目前的新能源发电预测水平下，难以实现分钟级甚至秒级 的风、光发电出力精确预测。因此，需要能够快速响应的储能技术。 表1罗列了几种典型的储能技术。表1 典型储能技术储能技术 类型很多，用于平抑风光出力波动时，储能系统也可分为单一类型储 能系统和混合储能系统、多类型储能系统。文献［1］采用锂离子电 池储能系统对风光出力波动进行平滑。文献［7-8］采用了钒液流电 池储能系统平抑风电出力波动。文献［9］采用超导电磁储能系统平 抑风电出力。由于飞轮储能可在短时间内输入或输出较大功率，飞轮 储能也运用于风光发电的出力平滑。文献［5］采用超级电容与电池 混合储能系统进行了可再生能源发电出力平滑。鉴于飞轮可用于平滑 高频功率波动和部分低频功率，蓄电池可用于平衡基准功率以维持母 线电压平滑稳定，以飞轮和蓄电池混合储能对光储充电站直流微网系 统进行平滑。文献［13］根据能量型和功率型储能的技术特点，基于 已经计算得到的单一储能系统输出功率，计算出符合不同类型储能技 从而配置出合理的多类型储能系统对风电出 力进行平滑控制。文献［］采用多类型储能系统改善平滑效果，用 超级电容器平抑短期功率波动，用蓄电池减弱长期功率波动；同时应 用双层模糊控制方法，进行储能系统功率的修正。1.2 储能系统 平抑风光发电出力波动的基本原理储能系统平抑风光发电出力波动 是指原来波动性较大的风电场和光伏电站总功率加上储能系统的功 率输出（储能系统的功率输出包括电能的释放和吸收，释放时其功率 为正，吸收时其功率为负）后总的联合功率曲线变得平滑。此时注入 到大电网的功率是风电场所有风机或光伏电站所有光伏电池出力与 储能系统出力之和。储能系统可以通过实时的调整跟踪风电场、光伏 电站的总出力，储能系统输出功率在风电场、光伏电站出力曲线尖峰 时吸收功率，在其出力曲线低谷时输出功率。注入到电网的功率即为 风电场/光伏发电站输出功率与储能系统的功率之和。2储能系统控制 方法根据1.2所述，风光发电出力波动的平抑是将风光发电的输出功 率与储能输出功率叠加后的联合出力输送到电网。因此，平抑风光发 电出力，需要设置相应的控制目标，也即需要对储能系统的充放电功 率进行优化控制。2.1 单纯平抑风光出力波动方法平抑风光发电 出力波动的过程中，储能系统采用的控制方法千差万别，考虑的条件 与因素各不相同。最为简单的是单纯平抑风光出力波动方法，而不考 虑其他任何附加条件。单纯进行功率波动平抑时，最为常见的是滤波 器法，而采用低通滤波器进行风光波动平抑则更为普