于士京
国网河北省电力公司电力科学研究院 河北石家庄 050000
摘要：本文结合储能系统实现风光储联合发电。详细阐述了风光互补发电，储能方式及应用模式，采用低通滤波器原理应用储能系统对风、光功率波动性进行平滑处理，该方法能有效平滑功率波动性，为新能源并网提供理论基础。
关键词：风光储；储能电池；联合发电；能量管理
0 引言
随着不可再生能源的逐渐枯竭，世界各国纷纷开始关注新能源发电方式，风力发电、光伏发电是发展比较迅速的全新发电方式。由于风能和光能具有随机性、间歇性的特点，独立的发电系统难以提供稳定、连续的功率输出，采取风、光互补发电并加入储能装置，形成风光储联合发电系统，既可以充分利用风能和光能在时间及地理上的天然互补性，也可以利用储能系统的充放电改善风光互补发电系统的功率输出特性，减缓风、光发电的波动性和间歇性，并实现功率的供需平衡，降低其对电力系统的不利影响，增加电力系统对可再生能源的吸收接纳程度。
本文以风光互补发电结合储能电池来提高新能源供电可靠性，提出联合发电系统运行控制的不同模式及各自模式下的能量控制策略。
1 风光互补发电组成及原理
风能和太阳能作为一种清洁的可再生能源,受到世界各国的重视。由于受到地理分布、季节变化、昼夜交替等影响，风能和太阳能在时间上、地域上和经济上都有一定的互补性。白天太阳光最强时,风较小,晚上没有阳光，风能则加强。在夏季,光强而风小,在冬季,光弱而风大,因而复合发电可以向电网提供更加稳定的电能。
风力发电与太阳能电池发电组成的联合供电系统风光互补供电系统结构如。它是由风机、太阳能光伏阵列、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、监控系统等组成。风力机及光伏电池发出的电通过控制器储存在蓄电池组中,当负载用直流电时,通过控制器将直流电直接输送给负载;当负载用交流电时,则需要经逆变器将直流电转变为交流电再输送给负载。
图 1 风光储联合发电系统结构
由于风力出力，光伏发电出力具有较强的互补性，因此可以基本上达到功率的平稳性，但是在较小范围内的功率波动仍然影响其功率输出。由于风机单元、光伏发电阵列具有不可调度性，通常是基于最大功率跟踪运行。
2 风光储联合发电系统控制目标及策略
风光储联合发电系统连接大电网稳定运行需要实现三种控制目标：功率平滑输出、跟踪计划出力、跟踪实时负荷出力，本文研究发电系统的功率平滑输出，减小其波动性，使其可调度性大大加强。
风光储联合发电系统功率平滑输出包括对风力发电和光伏发电的短周期功率波动（30min级）和长期波动（h级）的功率平滑，以增强可再生能源功率输出的平稳性。平抑短周期功率波动所需配置的储能电池的功率和容量较小，但平滑所得功率波动性仍较大；而平抑长期波动得到的功率输出更加稳定，峰谷差更小，但同时所需配置的储能电池功率和容量也较大。
联合发电系统的功率控制策略主要以功率数据预测和控制目标作为前提由控制储能系统的充放电过程来实现，平滑功率输出模式下储能电池的充放电策略如下。
1）当联合发电系统功率输出较大时，对储能电池进行充电；输出较小时，储能电池进行放电。
2）根据电池容量和预测功率合理选择电池充放电区间，尽可能地维持总功率输出稳定，减少电池的充放电次数，以延长其使用寿命。
3）在联合发电系统功率输出波动性较小时，蓄电池容量充裕，可将部分容量参与系统削峰填谷。
3 联合发电系统能量管理策略
3.1 平滑原理
本文的工作主要针对波动性较大的风、光发电功率的平滑问题，利用低通滤波器原理对输入信号幅值进行相应处理，即幅值趋势增则减处理，幅值减则增处理，达到输出信号平滑的目的来减小功率波动性。
实现波动功率的平滑，平滑周期t=15min,滤波时间常数取30min
图4 储能系统功率变化曲线
上图给出了储能电池充放电曲线图，风电功率、光伏功率分别由各自储能来控制，通过调节充放电周期t,以及时间常数的值可以改变曲线的平滑度，得到满足不同需求的功率形式。采用分阶段分组充放电策略后，将两平滑点之间充放电过程细化，使平滑更趋平缓。
在该算例中，当取30min时，风电输出功率10min最大变化率减小了52%，1min最大变化率减小了32%；光伏输出功率10min最大变化率减小了37%，1min最大变化率减小了29%。
由以上结果可以看出，文中提出的根据一阶低通滤波器原理，由储能电池进行功率波动性平滑是切实可行的。
5 结论
风光储联合发电系统构成的结构，可以弥补风能和太阳能发电存在的缺点，为保证能源的最大利用率，风力发电和光伏发电系统采用最大功率点跟踪控制策略，输出有功功率存在较大波动。本文提出采用蓄电池储能技术来平滑间歇性电源的功率波动，调节输出有功功率，能够实现风能与光伏平滑、稳定、持续的并网运行，既可以有效降低系统供电成本，也能提高风光互补发电的经济效益。
论文作者:于士京
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/15
标签：功率论文; 平滑论文; 系统论文; 波动性论文; 储能论文; 风光论文; 电池论文; 《防护工程》2018年第14期论文;