风电场储能工程应用研究

任俊杰

摘要：风电场配置储能系统可以有效提高风电场输出功率的可控性与稳定性，改善风电场对电网备用调节容量的需求，更加适应电力系统调度及电网安全稳定运行的需要。储能系统也可作为有效电源进行调度管理，以提高电网的调节能力。
关键词：风电场;储能工程;应用

1、风电储能系统作用
  在风电并网系统实际运行中，风电的日前出力预测和日内的实际出力会存在一定的偏差。日前出力预测大于日内的实际出力为正向偏差；反之为负向偏差。当发生正向偏差时，在并网系统备用策略不变的情况下，日前安排的机组开机容量可能会小于日内实际容量需求。因此，当日内实时运行时，在常规机组随机故障概率一定的情况下，风电出力预测出现正向偏差时更可能引起系统总的容量缺额，造成并网系统的可靠性降低。因此，提升风电并网系统可靠性可从两方面考虑：一方面为补偿日前风电出力的预测偏差；另一方面为并网系统提供快速起动电源备用。储能作为一种新型电源，具有响应时间短、调节速度快以及具备双向调节能力等特点。将其引入风电并网系统，从前述两方面出发，对并网系统可靠性的提升具有重要意义。

2、风电场储能工程应用研究
  2.1储能在风电并网中的应用
  (1)受风的资源特性影响，风电出力波动大，不利于电力系统的稳定运行，易产生电压波动及闪变，影响系统的电能质量。(2)受风速不确定性影响，风电出力存在功率瞬时突变，可能导致电站运行频率不稳定，尤其是当风电规模占比较大时可能进一步恶化电网频率稳定性，增加了系统的调频难度。(3)受风电出力不确定性影响，大规模风电接入电网增加了电力系统的调度难度，系统需预留更多的备用电源补偿新能源出力的不确定性，减小了系统的调峰调频能力。(4)风电接入电网的占比逐年上升，对系统调峰能力的需求不断增大，特别是冬季供暖期，由于热电机组不能参与系统调峰，系统调峰能力严重不足，会导致新能源开机不足，从而造成弃电;地区电力需求、电力负荷曲线和新能源出力曲线的不匹配造成新能源发电消纳不足，电力网架约束、外送通道不畅也会导致弃电发生。基于以上分析，风电场储能应用的主要目标包括:(1)提供快速无功支撑和有功平滑，提高风电场电压稳定性和频率稳定性。(2)提高风功率预测精度，提高风电场可调度性;根据负荷需求及风储联合出力预测，超前制定多发策略，提高消纳能力，实现电力生产和消费在时间上的解藕。(3)削峰填谷，解决弃电。(4)参与电网调峰调频。
  2.2储能规模配置方法配置原则
  (1)收集新建风电场附近或已建风电场全年运行数据，包括风电场并网关口计量点出力数据、样板机出力数据、AGC系统数据、功率预测短期/超短期上报数据、限电数据。(2)对收集的数据进行概率统计及数值分析，分析风电场不同时间尺度出力波动范围、波动分布特性，功率预测误差范围、分布特性，以及弃电功率、容量范围、分布特性，分析储能为改善上述需求可采用的功率及容量范围。(3)根据风电场实际出力、理论出力、风功率预测数据、AGC数据，结合考核要求，分析风储联合出力数据，通过调整运行策略及参数，改变储能规模及容量，分析储能配比发生变化时，储能减小功率波动、提高功率预测精度、减小弃电的程度及变化趋势。(4)根据风储联合出力效果提升趋势及储能成本增加程度，确定最优风储配比。为参与电网调峰，储能的规模配置思路为:(1)确定电网负荷曲线，根据需要按季度区分负荷特性。(2)确定电网各类电源装机规模。(3)根据新能源实际出力、已有调峰电源出力，动态模拟电力全年运行曲线。(4)分析全年运行数据调峰功率缺口及容量缺口，统计最大调峰缺口及大概率调峰缺口，确定总储能规模。(5)根据电网已有调峰电源灵活性改造程度及进度，将储能规模分配至网侧及新能源侧。
  2.3接入方式
  风机交流侧储能系统接入风机交流侧时，通过DC/AC模块+升压变或DC/DC模块+DC/AC模块接入风机箱变690V侧，主要用于平抑风机出力波动，或与风机联合调频。此种接入方式存在如下问题:①储能为平抑单台风机出力波动，风储配比较大，且每台风机需花费升压成本，储能系统整体投资大;②单个储能系统只能与对应风机协调配合;③功率分配逻辑复杂，对控制系统及能量管理系统要求高，且通信延时较长，控制响应时间难以保证。(2)风机直流侧储能系统接入风机直流侧时，通过DC/DC模块直接接入风机控制直流母线，储能参与风机控制，组成风储一体机，改善风机出力，也可作为风机备用电源。此种接入方式可做为未来风机招标标配，储能成本纳入风机成本，具备较好的发展趋势。但风机主控系统本身控制策略复杂，涉及参数较多，结合储能充放电控制及电压控制，控制难度较高，技术还不成熟。(3)升压站交流侧储能系统接入升压站交流侧时，通过储能PCS及升压变，以集电线路方式集中接入升压站，进行统一控制与管理。储能充放电控制是以整个风电场的控制为目标，不受单台风机或单个储能子系统影响，系统可靠性更高、经济性更好。储能系统集中布置于升压站附近，便于运维管理。在风电场实际运行时，会出现风机停运或者检修的情况，导致安装在这些风机侧的储能系统将得不到充分利用，且风机侧储能系统布置分散、数量多，增加系统运行维护的工作量。

  2.4布置方式
  (1)“L”型或环形道路储能电站的整体布置思路可按变电站布置，满足电气安全距离、消防、运输、运维检修等要求。规模较大且条件允许时，建议采用环形道路。为了减小占地，可采用“L”型道路。(2)布置间距磷酸铁锂电池火灾危险性暂按丙类考虑，变压器油量≥5t时，安全距离按10m考虑;2.5t≤油量＜5t时，安全距离按5m考虑;油量＜2.5t时，规范没有详细要求，有条件按5m考虑，建议不要低于4m。(3)不考虑避雷针储能电站全部采用集装箱安装时，集装箱本身属于金属构筑物，是良好的导电体，且封闭金属外壳形成等电位体，安装高度较低，因此可不考虑装设避雷针，但应配置足够的泄流导体。
结语：发电侧储能电站应用于风力、光伏等可再生能源发电能够平滑功率出力波动，降低其对系统的冲击，提高电站的跟踪计划出力的能力，为可再生能源电站的建设和运行提供备用电源，间接为环境保护、节能减排提供了有力支撑,带来更多地经济效益。

参考文献：

［1］李湘旗，禹海峰，李欣然，等.考虑储能系统动态全寿命周期特性的多功能应用需求规划方法［J］.电力建设，2020，41（1）：45-54.

［2］修晓青.储能系统容量优化配置及全寿命周期经济性评估方法研究［D］.北京：中国农业大学，2018.

［3］栗然，党磊，周鸿鹄，等.基于费用效率法的风电场混合储能容量优化配置［J］.电力系统保护与控制，2015，43（24）：55-62.

［4］朱寰，程亮，陈琛，等.多重应用场景下的电网侧储能需求评估方法［J］.电力建设，2019，40（9）：35-42.