于芃1，赵瑜1，周玮1，孙辉1，全程浩2，刘剑2，宋颖巍2，刘岩2
(1.大连理工大学电气工程学院，辽宁大连116024；2.辽宁省电力公司技术经济研究中心，辽宁沈阳110006）
摘要：为提高风电功率的可控性，依据国家电网公司关于风电场并网的技术规定，提出了一种基于新型混合储能系统平抑风电波动功率的方法。在对风电波动功率进行分解，并研究其平抑过程对储能系统性能需求的基础上，研制了一种新型混合储能系统。通过对运行控制方式的设计，使得该储能系统能够与风电系统进行精确、高效的功率交换；同时，储能元件可根据各自的储能特性平抑不同类型的波动功率。仿真分析表明，该平抑方法使得储能元件的储能优势得到了充分发挥，能够延长系统的使用寿命，平抑后的风电输出功率可以满足电力系统实时调度的要求。
0引言
受气象条件，地理环境等一系列因素的影响，风力发电输出功率具有较强的波动性和间歇性。随着风力发电的输出电能在电力系统中所占比重的增加，其输出功率的波动性给电网运行带来的不利影响日趋严重[1-3]。
针对风电输出功率的波动，最直接的调节方式是采用调节桨距角或者改变转速的方式来对风机输出功率进行调节[4-5]，但此方式会影响风能的利用效率。美国、丹麦等国家采用水电与风电联合调度的方法补偿风电场输出功率的波动[6]。我国西北、东北等风资源、煤炭资源都十分丰富的地区，采用了“风火打捆外送”的方法[7]，风电场输出的波动功率经火电调节稳定后向我国的东南沿海地区等重负荷中心输送。
除此之外，电力存储技术是一种新兴的实时调节风电场输出功率的方法，此类方法控制灵活，使用方便，能够有效地增强含有并网风电场的电力系统的安全稳定性。日本在NEDO公司的支持下建成了钠硫电池储能系统[8]，用于平抑八丈岛的风力发电输出功率的波动，取得了令人满意的效果。美国爱荷华州于2006年投资建设了一座268MW的压缩空气储能电站，用于对容量为10MW的风电场的输出功率进行调节[9]。我国于2006年在内蒙古自治区开始投资兴建总装机容量为1200MW的抽水蓄能电站，承担对当地风电场的削峰、填谷、事故备用等任务[10]。此外，超级电容器储能[11]、超导储能[12]、飞轮储能[13]等储能方式也可用于对风电功率的调节，但目前大多处于实验研究和示范工程阶段。
本文将具有随机性的风电波动功率分解为三类具有不同特性的波动功率，结合由蓄电池和超级电容器构成的新型混合储能系统的特性，提出一种基于混合储能系统的平抑风电波动功率的方法。该方法不仅可以实现储能系统与风电系统的精确功率交换，平抑风电波动功率；还可以使得储能元件发挥自身的储能特性，平抑不同类型的波动功率，进而延长储能系统的使用寿命，降低运行成本。
1风电波动功率的分解及平抑时对储能系统的性能需求分析
目前，国内风电场的风机普遍运行于最大风能捕获模式，输出功率随风速变化。由于风速具有很强的间歇性，因此，输出功率的波动很大。图1显示的是国内某风场850kW风机日输出功率曲线，输出功率波动范围为：0~850kW，如此大范围的功率波动会严重影响并网电力系统的稳定运行。
2用于风电功率平抑的新型混合储能系统
2.1储能系统结构组成及工作原理
本文采用一种新型有源并联式混合储能系统(Active-Paralled Hybrid Energy Storage System，APHESS)对风电波动功率进行实时的平抑。该系统的结构如图3所示。
APHESS将蓄电池和超级电容器进行了有机结合，以并联方式接于风电场的输出母线。当风电输出功率偏大时，APHESS吸收多余的功率；当风电输出功率偏小时，APHESS释能以补偿风电功率的缺额。通过与风电系统实时的功率交换，APHESS实现对风电波动功率“削峰填谷”的平抑。
APHESS中，作为充放电控制器的DC/DC(A)、DC/DC(B)采用双向斩波器结构，如图4所示。
3APHESS平抑风电波动功率的运行方式分析
APHESS的运行控制框图如图5所示，通过对APHESS吞吐总功率的精确控制及其内部功率的合理分配，既能够有效平抑风电波动功率，还使得超级电容器、蓄电池能够根据各自的储能优势承担不同类型风电波动功率平抑的任务。
4APHESS平抑风电波动功率仿真
在Matlab/Simulink环境下，按图3所示结构搭建仿真系统。约定APHESS能量流动方向的正方向为释能方向。
5结论
本文基于新型混合储能系统APHESS，提出了一种风电波动功率的平抑方法。通过精确的功率控制和合理的功率分配，APHESS不仅能够与风电系统进行精确、高效的功率交换，实现对风电波动功率“削峰填谷”的平抑；还能针对随机风电波动功率分解后的特性使得蓄电池、超级电容器承担不同类型波动功率平抑的任务，充分发挥了二者的储能优势，延长了系统的使用寿命，能够降低运行成本。仿真结果表明，APHESS可以有效平抑功率波动，从而能够降低风功率波动给电力系统运行带来的影响，增强风电场的功率控制能力，有利于提高电力系统对风电的接纳能力。
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