（明阳智慧能源集团股份公司）
摘要：风电与水电协调系统可以降低运行成本增加，增加运行的可靠性，本文介绍了风电以及水电的特点，分析了混合储能系统的结构，并且提出了风电与水电互补中的储能技术的应用建议。
关键词：储能机构；风电；水电；互补
1引言
在电力体制不断改革的过程中，可再生能源的利用逐渐受到大众的关注，构建低碳、清洁、高效、安全的能源体系，不断调整并且优化电源结构，对清洁能源优先进行布局是电力行业发展过程中的重点内容。风力发电与水力发电之间可以相互补充各自的不足，风水联合发电系统的实施具备广阔的应用前景，是目前电力企业实现可持续绿色发展的主要思路。风水联合发电将会为电力系统的稳定、安全运行奠定良好的基础，加强对储能技术的研究，可以有效解决风水发电系统的不稳定问题，使风以及水能源得到有效运用，从而确保电网的安全性。
2风力发电与水力发电
2.1风力发电
风力发电是通过风电转换系统将一次能源风能转换成机械能，通过传动转置，发电机把机械能转换成电能。随着技术的发展，风力发电是除了水力发电之外的另一种比较成熟的、最常用的可再生能源发电方式。风力发电由于受风能的约束，使得风电具有随机的波动性和易变性。出力为0 的状态主要是在风速小于切入风速或者大于切入风速时出现，这也是风电机组在出力时呈现出的一种特性。风速大于额定风速这一现象无法避免，此种情况下机组额定功率可将出力作为主要依据。
随机性较强是风速的显著特征，从本质上来说，风力发电场的发电规律可以说是一种变量，同时这种变量具有一定的随机性。在实际对风速的随机分布进行研究时，一般都会将其认定为对某种分布进行服从。同时需要注意的是，最大注入功率问题也是风电场必须考虑的一个问题。
2.2水力发电
水力发电由于具有清洁、高效的特点，正逐渐替代传统火力发电，成为我国主流的发电形式。水电站的工作原理就是利用水流落差，以水流冲击力带动发电机旋转生成电能，通过电能蓄积、稳压调整后对外输出。水电站除了能够发电外，还兼具航运、养殖、供水等多种功能。
3风水互补特性
3.1季节互补性
我国大陆性季风气候为风电资源和水电资源的互补提供了条件，例如在夏季风力相对缓和，但是降水比较丰沛，河流径流量大，可以使水电站能够满负荷发电。反之，冬季寒冷干燥，加上多数河流结冰，导致水力发电受到影响。而冬季风力较强，因此又可以风力发电需求。这样通过季节性互补，满足了地区用电需求。
3.2技术特性互补
水电站兼具发电、蓄水、防洪等多种功能，通过蓄积雨水、河流水，还能够减缓水能的波动，确保水电站发电的稳定性。当风力较大时，水电站可以蓄水，此时主要以水力发电为主；当风力较小时，水电站承担发电任务。
4混合储能技术以及风电与水电的节能调度
4.1混合储能系统结构
在柔性直流输电技术中，储能技术是非常重要的。柔性直流输电系统主要由各种储能介质、控制装置、逆变器和变压器4 个部分组成。随着电力电子技术的迅速发展，多种储能装置的实用性越来越强，这些储能装置的应用有利于减小风电场输出功率波动对电网的影响。在众多储能设备中，蓄电池能量密度大，能够满足新能源发电对能量密度大小的要求，因而应用最为广泛。但蓄电池功率密度较小，无法较快速地响应电网功率的动态变化。而超级电容器具有功率密度大和能量密度低两个特点，可以快速响应并提供较大的功率。因此，将这两种储能技术相结合，使储能技术能更好地补偿风电功率波动。双向DC/DC 变换器和混合储能系统结构如图1 所示，风电在用电低谷时将多余的电能输送到混合储能系统，这时储能系统处于充电状态；在用电高峰，风电不足以满足电网的需求时，储能单元处于放电状态，从而维持系统瞬时功率平衡。以理想电压源串联电阻等效蓄电池的简化模型（内阻模型），这对参数的测定相对简单。设定蓄电池端电压为220 V，电感为20 mH；而超级电容器简化为RC模型结构，R表示内部的损耗特性的串联等效电阻，C表示其电容量的大小。取超级电容器的电压为380 V，滤波器电感L=1.279 mH，电容C=24.47 μF。
其中水电机组数量主要利用NG 来表示，水电机组在小时内的出力可利用PTi（t，k）来表示。一般在节能调度中我们都认为水电系统不存在相应的成本。通过对节能调度模型进行分析后可发现，在实际对混合整数规划进行求解时我们可对GAMS 优化软件进行使用，同时我们还要将以下约束力计入上述范围涵盖之内，其中主要包括最大输出力限制、最小输出力限制以及系统备用需求等。
5 风电与水电互补中的储能技术的应用建议
5.1 储能系统的构建及其数学建模
储能方式具有多元化的特点，并且其特性也各不相同，这就需要按照具体情况，正确应对ESS 的适应性方面的问题。在大规模开展风电与水电混合工作的时候，运用单一的储能方法来解决问题是难以实现响应性与容量以及经济性方面的问题的。在不同的场景中以及在不同的控制目标里，ESS 模式的使用也不同，这就需要在数学模型中建立对应的单元，这种方法能够很好地解决问题。并且在后期的储能方式中，将不同时空尺度的储能模式建立在同一个平台中，该项工作存在一定的难度。
5.2 储能系统的控制策略研究
在合理使用储能控制策略的过程中，能够有效提升使用ESS 的效率，并且还能够在储能容量以及经济性中将二者之间的关系直接的表现出来，因此，加强对储能技术的研究是一项重点工作。随着ESS 的不断发展，其使用功能已经脱离了单一性的特点，并且发展方向也更加多元化，其执行能力具有同时执行以及分段执行的特点，在这种情况下，就能够确保控制系统复杂化。此外，多元复合储能系统中多元协调控制问题以及风电与水电互补储能中联合协调控制问题，这两个因素在控制策略中占据非常重要的位置。在后期对风电以及水电联合策略的研究的过程中，将会成为重点内容。
5.3 储能系统的经济性研究
储能技术的科学合理使用，能够有效解决谷峰差比较大的问题，并且能够提升风电以水电资源的使用效率。按照应用领域的不同以及实际的需求，储能系统的容量、功率以及规模也有一定的区别，并且对投资回报值的认知也不一样。目前，影响储能系统发展的主要原因之一是将储能系统作为一个独立的电源运用到了市场中。目前，储能系统的经济性以及高成本的特点和与其相关联的充电以及放电平衡约束、系统规模、循环寿命、安全性以及技术水平等方面的因素有着直接的关系。因此，在对储能系统进行配置的时候，需要将经济性研究放在非常重要的位置上。在开展研究工作的过程中，需要注重政策方面的因素，对不同场景中的风电以及水力联合的接纳能力予以模拟，并且还应该模拟系统经济性、风电以及水电接纳能力以及容量的配置方式，以此来保障风电以及水电联合储能系统的经济性。
6结语
总而言之，通过分析上文能够了解到，在进行风电与水电互补运行的过程中，其受到了多种因素的影响。为了确保未来电网的稳定运行，就需要加强稳定性的研究力度，做好对储能技术的研究和应用，以此来不断提升风电与水电互补运行时的稳定性。
参考文献：
[1]林谋.风电与水电的创新性结合[J].水利水电快报，2018，39（3）：19.
[2]马磊.风电并网中的储能技术研究进展[J].数字化用户，2018，24（14）：62.
[3]尚志娟.风水互补微电网的优化运行研究[D].北京：北京交通大学，2011.
[4]陈红.风电并网中的储能技术探讨[J].电工技术，2019，（18）：133-134.
[5]杨卫明，胡岩，殷新建，等.储能技术及应用发展现状[J].建材世界，2019，40（5）：115-119.
论文作者:张士超,徐洪慧
论文发表刊物:《河南电力》2019年6期
论文发表时间:2019/12/11
标签：储能论文; 风电论文; 水电论文; 系统论文; 技术论文; 水力发电论文; 风速论文; 《河南电力》2019年6期论文;