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摘要：由于风力发电的随机性和间歇性的特点，风力发电在电力系统中的频率偏差、电压波动、谐波污染问题日益突出，在电力系统中的风力发电日益增多。此外，中国风力资源丰富的地区大多分布在相对较弱的电网中西部地区，以及与现有电力系统相连的大量风力发电电网，这是大挑战的正常运行。在风能发电系统中引入能量存储装置，可有效地降低风力对电网的影响，保证电力系统运行的连续性和稳定性。
本文分析了储能技术在风力发电系统中的运用。
关键词：储能技术；风力发电系统；运用
由于其巨大的能量密度，存储电池常常被用作能量存储设备，但其能量密度很小。它不适合频繁的充放电和高功率的充电和放电。短期电力负荷和波动负载较低的平均功率、峰值功率较高，如果使用的电池，以满足短期高功率容量，其配置远远大于常规的负荷，造成浪费，电池容量的电池使用的下降，增加抵抗能力，减少电力的产出能力，冲击负载的使用。作为一种新型的储能设备，超级电容器具有较大的功率密度和快速响应能力，但它们的能量密度太小，无法提供长期能量，这些特性是电池的补充。
1存储技术
1.1超导磁能存储系统
超导磁储能系统利用由超导线制成的线圈，储存由电网供电激发产生的磁能，并在需要时将能量储存回电网中。超导技术的优势：长期没有能量储存，能源回报效率高，功率输出的能量释放速度快，不需要改变形式的能量，快速响应，转换效率高（> 96%），具体的能力（1~10kwh /公斤）和电力（104 ~105千瓦/公斤）；可调电压，频率，由中小企业活跃和无功功率，可以实现实时和大容量电力系统能量交换和功率补偿。上世纪90年代，超导储能技术已被应用于风力发电系统。基于高温超导涂层导体的研究和开发，适合系统操作在液氮温度下；解决问题支持高场磁体线圈力学；结合灵活的传输技术，进一步降低投资和运行成本；探讨分布式中小企业及其控制和保护策略与实际系统相结合。
1.2超级电容器储能技术
超级电容器是基于电化学双电层理论的发展，可以提供一个强大的功率脉冲，充电电极表面理想极化状态，电荷会吸引周围电解质溶液中的离子，这是附着在电极表面，形成双层结构，双层电容器。经过多年的发展，超级电容器已经形成了一系列具有电容、操作电压和最大放电电流的产品。能量储存系统的最大能量储存能力达到了30兆位。在电力系统中，应用于短时间、高功率负荷平滑、高功率、高峰值功率条件下。在电压和暂态干扰的情况下，提高供电水平。
1.3其它储能形式
除了上述的储能方法外，在电力系统中还有许多能量储存方法，如抽水蓄能、压缩空气能量储存和氢燃料电池能量储存。抽水蓄能设备主要用于在现代电网中达到峰值，并且在集中发电中更常用。由于地理条件的限制，大多数风电场没有建设抽水蓄能电站的条件。压缩空气能量储存是一种用于剃须的燃气轮机。在同样的功率输出中，它消耗的传统燃气涡轮机的比例还不到40%。燃气轮机技术成熟，采用通道型超导热管技术，可达到90%的能量转换效率。大容量和复合发电将进一步降低成本。随着分布式能源系统的发展和降低储气容量的要求，并将存储压力提高到10个14MPa，812兆瓦的微型压缩空气蓄能系统已成为研究的重点。
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2储能技术在风力发电系统中的运用
1能量储存原则
在这个系统中，叶轮直接驱动液压泵旋转和输出高压油。油通过液压管道输送到地面，通过压力稳定泵站的液压能量形式储存在蓄电池中。需要电力，液压马达驱动，通过调节泵站，液压马达驱动发电机旋转，液压马达的转速通过转速控制回路稳定调节泵，所以没有稳定的系统。当风或风小时，蓄能器可以通过蓄能器和液压泵提供给液压马达，以保证系统的稳定和连续发电。
当控制器检测到蓄电池压力低于最低压力，空气轮第一驱动液压泵旋转，并用作安全阀溢流阀，液压泵是控蓄电池的高压油通过一个单向阀。当需要发电时，控制器由控制器控制，通过一个电子控制的信号，输出流由速度调节阀控制，驱动液压马达旋转，带动发电机发电，驱动电阻负载。在发电时，通过调节调速阀的开度和液压马达的排量，使输出功率和输出电压均保持在稳定状态。
2.充分利用风能
风力涡轮机通常工作在最大功率跟踪模式，当电池充满时，风力发电机在负荷跟踪模式根据负荷需求捕捉风，当风力发电机输出功率小，电池的剩余容量低于限量，削减电力负载功率，风力发电机输出功率是存储在存储设备中。当储能电力系统需要吸收或释放大于电池的最大功率集，减少功率密度，超级电容器的响应速度满足峰值功率脉冲负载对蓄电池充电和放电速度的需求，瞬时放电电流不应太大，所以电池充电和放电电流尽可能光滑；由于超级电容器能量密度小，支持充电和放电时间短，超级电容器在接下来的负载功率突变时可以及时响应，实时调整超级电容器的充电状态。
相结合的控制系统的功率平衡和稳定的直流电压和放电功率参考计算超级电容器能量管理控制策略，年底超级电容器的电压检测，超级电容器充电和放电电流参考，根据当前参考价值的超级电容器恒流控制，根据相应的输出功率；双环控制策略使用电池电压环和电流环控制，根据直流总线电压当电池功率平衡原则，维持母线电压稳定的同时，可以使电池或释放所需的电力系统；直流负载电压闭环控制，因此工作负载的额定电压。
3.能量转化技术
一个高性能的功率转换装置需要被设计。当飞轮被充电时，发动机的正常能量供应就可以得到保证。当飞轮放电时，能量可以从发动机中被有效地吸收，并且可以实现双向的能量输送。目前，与系统相结合的是脉宽调制控制技术，通过PWM调制变换器控制开关和关闭，以及逆变输出电压的幅值和相位控制。设计了与电网结构模型相连接的飞轮储能单元，通过双电压源转换器连接实现飞轮储能单元，实现异步发电机组的电抗，提高系统的性能，实现对电荷和放电的快速响应。
采用脉冲宽度调制变换器，利用飞轮系统的稳定速度和恒压功能实现了从直流母线到三相变频的双向功率转换。针对系统的干扰，一些文献介绍了系统的前馈控制，调整了前馈调节器的参数，补偿了扰动对调制参数的影响，降低了系统的电压波动。由于前馈调节属于开环调节系统，参数调优不会影响控制系统的稳定性。在风力发电的飞轮组合系统中，采用系统前馈控制，将模糊神经网络控制与前馈控制相结合，实现了系统主动功率的平稳输出。
4.风力发电系统
串并联型超级电容器用于异步发电机，提高风力发电机电能质量改善系统的稳定性，建立超级电容器储能永磁直接驱动风力发电系统基于能量平衡系统使用超级电容功率，提高风力发电系统的低电压度过功能。但在现阶段，类似的研究仅限于理论，而且与实际应用还有一定的距离。与超电容器储能储能技术比较成熟，功率调节范围更大，此外，频率的存储控制系统，以及超电容器能量存储系统，更适合于在风力发电系统中应用。
目前，电力存储系统普及和应用的最大障碍是一些外国企业的技术垄断，导致价格高企。在电网中推广电力存储系统的大规模应用，我们应该依靠自主知识产权使价格大幅下降；二是要依靠政府的政策鼓励和财政激励。如果能在中国制造电力存储系统，其成本可以达到或接近应用水平，那么对电力存储系统的需求将会迅速增加。
参考文献：
[1]黄亚峰.风电机输出功率波动平抑控制的可行性研究[D].吉林：东北电力大学，2015.
[2]吴迪，张文.变速直驱永磁风力发电机控制系统的研究[J].大电机技术，2016（6）：51-55.
论文作者:张海文
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/7
标签：能量论文; 功率论文; 系统论文; 电容器论文; 电压论文; 储能论文; 风力发电论文; 《基层建设》2017年第29期论文;