李志杰 朱超 平孫亮
摘要:從運(yùn)行穩(wěn)定性、風(fēng)電并網(wǎng)安全性以及能量轉(zhuǎn)換動態(tài)響應(yīng)特性等3個方面,系統(tǒng)概述風(fēng)電并網(wǎng)存在的主要問題。簡述儲能技術(shù)的基本知識。從提高風(fēng)電低壓穿透力、平抑功率波動、參與系統(tǒng)頻率控制以及優(yōu)化風(fēng)電調(diào)度的4個方面,探討儲能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的實(shí)踐和應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電;儲能技術(shù);并網(wǎng)運(yùn)行
引言
光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)有:光伏電池陣列,蓄電池組,逆變器和配電網(wǎng)等多個部分組成。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在一定程度上可以分為兩種,一種是可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),另一種是不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可以設(shè)置儲能裝置。除此之外,還有不間斷的電源以及能夠做到源濾波的功能,同時可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)還有益于電網(wǎng)調(diào)峰。不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),在與主電網(wǎng)斷開的情況下,系統(tǒng)自動停止供電工作。這兩個系統(tǒng)最大的不同就是可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)可以持續(xù)不間斷供電工作,不會停止;而不可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng),在與主電網(wǎng)斷開的情況下,可以自動停止供電工作。
1風(fēng)電并網(wǎng)存在問題分析
1.1運(yùn)行穩(wěn)定性問題
風(fēng)電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性問題是保障傳統(tǒng)電力系統(tǒng)正常高效運(yùn)行的一個非常重要基礎(chǔ)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行動態(tài)過程中的出現(xiàn)弱穩(wěn)定性和弱抗擾性是給電力系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生重要威脅的2種不穩(wěn)定因素。小擾動和大擾動下系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行特性是傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中常見的技術(shù)性問題。運(yùn)行穩(wěn)定性的保證是基于負(fù)載的動態(tài)特性,通過動態(tài)功率實(shí)時平衡完成,包括系統(tǒng)中的干擾。相關(guān)專業(yè)研究表明,在風(fēng)電并網(wǎng)安全性的運(yùn)行機(jī)制上,涵蓋各種自動化設(shè)備安全性的太偶空以及安全系統(tǒng)防御性的動態(tài)控制。風(fēng)電并網(wǎng)安全可靠的運(yùn)行通?;?點(diǎn):①動態(tài)有限源控制—主要用于對電力系統(tǒng)的相位和頻率波動進(jìn)行動態(tài)抑制;②動態(tài)無功功率控制—主要用于對電力系統(tǒng)中的電壓波動進(jìn)行動態(tài)抑制。風(fēng)電的波動性和不確定性以及弱穩(wěn)定性和弱免疫力是影響我國風(fēng)電長途運(yùn)輸模式及系統(tǒng)穩(wěn)定性的常見因素。此外,在機(jī)電動態(tài)時空尺度的干擾下,風(fēng)電并網(wǎng)動態(tài)響應(yīng)的主要特征還包括弱穩(wěn)定性和弱免疫性等2個穩(wěn)定性特征。相比于同步發(fā)電機(jī)的動態(tài)特征機(jī)制,機(jī)電時標(biāo)的運(yùn)行穩(wěn)定性是其中一個問題之外,在轉(zhuǎn)換器直流電壓的運(yùn)行穩(wěn)定性問題上較短的時間尺度也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在的運(yùn)行穩(wěn)定性問題之一,需要引起重視。同時這也是大型風(fēng)電集中系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的另一種重要穩(wěn)定性問題之一。此外,雖然存在以上問題,但對傳統(tǒng)發(fā)電它的影響很小,所以在此不再描述其相關(guān)特征。
1.2ECS動態(tài)響應(yīng)特性問題
目前,大多數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)通過電力電子接口連接,其動態(tài)響應(yīng)特性與傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)完全不同。此外,風(fēng)力渦輪機(jī)的現(xiàn)有控制策略通常是在假設(shè)它們連接到強(qiáng)電網(wǎng)的情況下設(shè)計的,并且在長距離大規(guī)模電網(wǎng)連接的情況下,風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的連接相對較弱,這使得傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制和故障保護(hù)措施難以應(yīng)對。這必將影響風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正常安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。風(fēng)電可控性和ECS動態(tài)響應(yīng)是風(fēng)電一體化的主要問題。風(fēng)電的可控性不足是電力供應(yīng)穩(wěn)定和充足的關(guān)鍵原因。有功和無功功率是風(fēng)力控制的主要方面。從傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)的角度來看,有功功率的控制是保證整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸出功率的主要因素。然而,由于風(fēng)力渦輪機(jī)的特殊機(jī)制,風(fēng)的不規(guī)則變化等,風(fēng)力的電力可控性差。目前,還存在許多亟待解決的問題,例如由風(fēng)速的極端變化引起的有功功率的巨大波動,這導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定性增加。導(dǎo)致電力振蕩以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越。
2儲能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用
2.1電力調(diào)峰
對電力峰值的功率的調(diào)整是為了能夠更加有效的應(yīng)對用電的高峰期,在用電的高峰期會出現(xiàn)功率負(fù)載過大的情況,可以根據(jù)高峰期負(fù)載的情況,使用儲能技術(shù)對其進(jìn)行調(diào)整,可以依靠實(shí)際需求的改變,將系統(tǒng)產(chǎn)生的能量儲存在儲能裝置中。當(dāng)負(fù)載達(dá)到高峰時,儲能裝置釋放儲存的能量,提供負(fù)荷供電的電力,對提高供電的整體運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性有很大的幫助。
2.2微電網(wǎng)
微電網(wǎng)是一種相對分散的獨(dú)立供配電能源系統(tǒng),主要由負(fù)荷和多個微電源組成[2]。系統(tǒng)采用了大量的先進(jìn)電力技術(shù)以及能量管理控制技術(shù),將汽柴油發(fā)電機(jī)或者風(fēng)電、光伏發(fā)電及儲能設(shè)備等裝置整合在一起,接入到用戶側(cè)。微電網(wǎng)可在秒級甚至毫秒級動作,以提高負(fù)載供電的可靠性,同時對電網(wǎng)削峰填谷、降低線路損耗、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓起到重要作用,還可以提供不間斷電源滿足負(fù)載需求。在未來的供電系統(tǒng)中,微電網(wǎng)系統(tǒng)會成為一個重要的發(fā)展方向,微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)用,將會極大地提升當(dāng)前電網(wǎng)的工作效率以及其穩(wěn)定性與安全性,因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)系統(tǒng)可以在微電網(wǎng)與發(fā)電系統(tǒng)分離的時候?qū)ω?fù)載進(jìn)行獨(dú)立的供電,所以其穩(wěn)定性會更高。
3儲能系統(tǒng)
3.1儲能技術(shù)
用于光伏并網(wǎng)發(fā)電的儲能裝置通常在惡劣的環(huán)境下運(yùn)行。此外,由于光伏發(fā)電輸出的不穩(wěn)定性,儲能系統(tǒng)的充電和放電條件相對較差,有時需要頻繁的小周期充電和放電。根據(jù)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)以及儲能裝置的發(fā)展現(xiàn)狀,應(yīng)從以下幾個方面發(fā)展和改進(jìn)光伏并網(wǎng)發(fā)電儲能技術(shù):一是提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量密度以及功率密度;二是對儲能裝置的儲能容量進(jìn)行提高,同時延長儲能裝置的使用壽命;三是提高充放電的速度;四是確保在各種環(huán)境中能夠安全可靠地運(yùn)行;第五,降低儲能裝置的使用成本。
3.2控制技術(shù)
為了能夠提高儲能裝置的使用壽命,以及盡可能地提高儲能裝置的輸出功率,提升儲能裝置的工作效率,就需要對儲能裝置的充放電情況進(jìn)行詳細(xì)的分析,并以此來指定有針對性的儲能裝置充放電策略。例如,鉛蓄電池在充電是往往需要更長的充電時間,所以在對鉛蓄電池在充電的時候盡可能選用較小的電流充電,防止其儲電能力的下降,縮短蓄電池壽命。光伏發(fā)電的直流電作為主要的儲能裝置的充電電源,其具有不穩(wěn)定性和波動性,使得其充電不夠穩(wěn)定。所以,為了解決儲能裝置的充放電問題,需要先進(jìn)的儲能裝置管理控制系統(tǒng)和來保證在不破壞儲能裝置的使用壽命的充放電策略,除此之外,不能使用工業(yè)上的高頻交流電來對常見的儲能裝置例如飛輪儲能以及電池等儲能裝置進(jìn)行充電,所以在對這些儲能裝置進(jìn)行充電的時候需要功率轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行。
3.3綜合分析工具與系統(tǒng)建模
只有對用電區(qū)域做全方位的,綜合各種實(shí)際條件的分析,其中包括對系統(tǒng)的可靠性,經(jīng)濟(jì)情況以及其運(yùn)營情況進(jìn)行分析,才能夠開發(fā)出最合適以及最好的光伏儲能發(fā)電系統(tǒng)。現(xiàn)階段,我國的儲能系統(tǒng)在光伏并網(wǎng)的系統(tǒng)中的應(yīng)用還不是很成熟,應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來確定分析光伏能源儲存系統(tǒng)的使用周期以及使用成本的方法,以此來衡量光伏能源儲存系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。所以,為了提供光伏儲能系統(tǒng)的更加準(zhǔn)確的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及運(yùn)行的數(shù)據(jù),需要光伏儲能系統(tǒng)的開發(fā)人員在設(shè)計光伏儲能系統(tǒng)之初就用仿真以及建模的方法來綜合的分析光伏儲能系統(tǒng)的運(yùn)行情況。同時也要求使用能夠盡量模擬真實(shí)的光伏儲能系統(tǒng)的運(yùn)行情況的分析軟件來進(jìn)行分析。
結(jié)語
本文分析了在發(fā)電網(wǎng)中接入光伏發(fā)電而帶來的一系列的影響,并且對各種有效的儲能方式的應(yīng)用進(jìn)行了探討與總結(jié)。同時,還對儲能方式在光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用而帶來的影響,除此之外本文還對新能源的應(yīng)用和開發(fā)的進(jìn)行了探討,以其對日后的工作產(chǎn)生一定的參考作用。由于電網(wǎng)受環(huán)境的影響較大,輸出具有不穩(wěn)定性的特點(diǎn)。光伏發(fā)電對配電網(wǎng)的電壓波動、電能質(zhì)量和繼電保護(hù)裝置都有不可避免的影響。
參考文獻(xiàn)
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