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基于储能系统的风电并网关键技术(一)

时间:2014-01-28 11:26来源:河南科技 作者:姜喆 尹忠东 点击:
1、引言 风力发电是目前最成熟、经济效益最好的一种可再生的新能源发电技术。经过多年的发展,风电已经形成了一个新兴产业体系。据统计,2012年中国风电并网总装机容量达到6083万千瓦,发电量1004亿千瓦时,超过了核电的发电量,逐渐进入风电大国的行列。从今后的发展趋势来

     1、引言
   

     风力发电是目前最成熟、经济效益最好的一种可再生的新能源发电技术。经过多年的发展,风电已经形成了一个新兴产业体系。据统计,2012年中国风电并网总装机容量达到6083万千瓦,发电量1004亿千瓦时,超过了核电的发电量,逐渐进入风电大国的行列。从今后的发展趋势来看,风电场将从内陆移到海上,其发展空间将更加广阔。风力发电系统的发展趋势是将风力发电机组直接与高压电网相连,大规模并网运行方式成为实现风能大规模利用的有效方式,得到大电网的补偿和支撑[1]。但是,要实现真正高效率高质量并网,面临的是以下几个急需解决的问题:风电并网带来的系统静态稳定性、风电机组的低电压穿越、电能质量等。近年来,许多研究机构在风力发电设备和风电场控制策略等方面进行了大量的研究,但未取得解决上述问题的完美方案。储能技术是建设智能电网的坚实基石,为风电并网的种种问题提供了新的解决思路。
   

     2、稳定性问题

   
     电力系统中稳定性问题是指在受到扰动后,重新回复到运行平衡状态的能力,具体体现在电压和频率两方面。储能系统,如超导储能、超级电容储能、飞轮储能和蓄电池等,配备快速能量交换能力,可以解决风电场并网后的稳定性问题。致力于维护系统稳定的储能系统,对储能容量的要求不高,需具备短时释放或吸收高功率的能力,采取适当的控制策略,快速补偿功率不平衡量,抑制输出功率的随机性和间歇性。风电场静态电压稳定可以由无功裕度指标衡量,并网后风电场吸收无功时,无功裕度与系统容量成反比。

   
     文献[2,3]探讨了超导储能和超级电容储能系统增强风电稳定性的方案,平滑风电机组的有功输出,效降低风电场出口 PCC的电压波动。风力发电输出功率具有随机性和间歇性,制约了系统频率稳定性。风电场频率稳定可由惯性时间常数衡量,他表征了转子转动惯量和风轮转动惯量,惯性时间常数越小,故障期间系统频率变化越快。文献[4]利用了采用超导储能系统在既定条件下平滑风电输出功率,使得系统的最大频率偏差从0.369Hz,提高为0.095Hz,改善频率稳定性问题。

   
     通过仿真验证了,超导储能系统容量越大系统频率偏差越小。此外,文献[5,6]针对变速风电机组设计了附加频率控制环节,分别通过对转子和风轮机的附加控制,使得 DFIG对系统的一次调频有所贡献。针对这些控制方案将降低风电机组效率的缺陷,文献[7]针对 DC/DC变换装置应用模糊控制技术,提高储能系统平抑风电场功率波动,并且有效降低储能系统容量。
   

     3、电能质量问题

   
     风速的变化引发风力机组出力波动,导致了 PCC点的电压波动,风电机组中的换流器会产生一定的谐波污染,进而引起闪变、谐波等电能质量问题。

   
     储能系统可以用于维持风机和电网的功率平衡,并用于治理谐波电流和电压波动、电压暂降等电能质量问题,这一功能需要储能系统具备 ms级功率动态调节的能力,可以选择超级电容储能、超导储能和电池储能系统。文献[8]利用 DSTATCOM和蓄电池储能装置的联合系统提高风电场电能质量,该系统通过有功和无功的解耦控制实现储能装置和风电场的功率交换,适用于解决风电并网带来的电能质量问题,改善电压波动性,改善电压暂降、电压电流波形畸变及闪变等。

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