近年来,风力发电在全球范围内得到了加快速度进行发展。随着风电渗透率不断增大,风力发电在为电网输送大量清洁电能的同时,对电力系统可靠性、稳定性等方面的影响愈发显著。究其原因,主要在于风速的波动性、间歇性及随机性引起风电功率波动,并且难以准确预测。因此,研究平滑风电出力,实现稳定可靠的风电输出具备极其重大意义。为减小风电功率波动对电力系统的不利影响,不同国家依据自己电力系统的特点对风电场设置了不同的风电波动限制指标。例如：美国ERCOT电力公司与德国E.ON电力公司的风电波动限制指标均为每1 min最动量不超过风电场装机容量的10%;中国根据风电场装机容量,分别在1 min、10 min两个时间尺度对最动量进行限制。基于此,本文中平滑风电出力是指在风电场内部或端口采取一定的措施,减小风电场分钟级功率波动,使其满足风电波动限制指标要求。

  目前,平滑风电出力最重要的包含风电机组改进控制与储能系统辅助控制两类方法。文献[5]提出了一种结合风力机变桨控制和发电机变速控制的发电机有功功率平滑控制策略,该策略可降低直驱永磁同步风力发电机输出有功功率的波动,控制发电机转速运行范围。然而,风电机组改进控制多以牺牲风能捕获效率为代价,影响了风电机组的运行经济性。在能源互联网的推动下,以大规模电池储能为代表的新型储能技术得以加快速度进行发展,在风电场端口集成储能系统以平滑风电出力正慢慢的变成为理论研究与工程示范的热点。在理论研究领域,研究大多分布在在储能系统的风电平滑策略、功率容量配置方法等关键技术;在工程示范领域,世界上已有多个可用于平滑风电出力的储能示范项目,例如美国Kahuku风电场储能示范项目、中国张北风光储输示范项目等。

  综上,本文首先总结了新型储能技术示范项目的建设成果,其次梳理了储能系统的类型选取,再次论述了储能系统的风电平滑策略、功率容量配置方法等关键技术。最后,探讨了未来待研究的关键科学问题,以期为储能系统平滑风电出力的研究与应用提供一定借鉴。

  首先总结了新型储能技术示范项目的建设成果,随后列举了国内外典型的可用于平滑风电出力的储能示范项目,最后选取一个典型项目进行介绍。

  根据美国能源部信息中心项目库的不完全统计,截至2016年8月,全球新型储能技术示范项目高达1000余项,其中已运行储能项目约900项,已宣布与在建项目约100项。已运行或在建的储能示范项目国家分布如图1所示。

  美国在储能装机规模与示范项目数量上都处于领头羊,项目数量占全球总数量的48%,主要为太阳能热发电熔融盐储能;我国次之,项目数量占全球总数量的7%,主要为电化学储能;韩国占6%,全部为电化学储能;西班牙占5%,主要为太阳能热发电熔融盐储能。

  上述示范项目的应用模式最重要的包含：促进集中式风电、光伏接入电网,提高输配电及用电侧可靠性,提升分布式发电或微电网运行能力,以及提供电网辅助服务。表1列出了国内外典型的可用于平滑风电出力的储能示范项目。由表1可知,示范项目的储能系统多为电池储能。这主要由于,电池储能布点灵活且具有较快的响应速度及较高的单位体积内的包含的能量,既可平滑风电出力,也可实现缓解弃风、参与调峰、提供备用等功能。

  中国辽宁卧牛石风电场安装有33台1.5 MW风力发电机组,总装机容量49.5 MW。风电场经66 kV母线接入辽宁电网。储能系统选用全钒液流电池(5MW/10 MWh),采用模块化设计,单元储能系统输出功率为352 kW,整套储能系统由15套可独立调控的352 kW单元储能系统构成。在能量管理系统的统一调度下,储能系统包含平滑风电出力、跟踪计划出力、缓解弃风、暂态有功出力紧急响应及暂态电压紧急支撑等功能。实际运行数据表明,储能平滑风电出力后,风电场1 min最动量大幅减小,能轻松实现其小于GB/T 199632011《风电场接入电力系统技术规定》中最动量限值4.95 MW的控制目标。

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