風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)分析

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)分析

Summary：在當(dāng)今能源轉(zhuǎn)型的大背景下，風(fēng)電作為最具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉粗唬淇焖侔l(fā)展已成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，在風(fēng)電系統(tǒng)中應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，可以解決風(fēng)電系統(tǒng)中遇到的種種問(wèn)題，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)可以充分發(fā)揮出儲(chǔ)能能源的優(yōu)勢(shì)?；诖恕：?jiǎn)單討論儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中運(yùn)用，深入探討應(yīng)用措施，以供參考。Keys：風(fēng)力發(fā)電；儲(chǔ)能技術(shù)；逆變器前言：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是當(dāng)前世界上廣泛使用的電力系統(tǒng)之一，是一個(gè)由多種發(fā)電單元組成的大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中所采用的儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)特性，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，能夠保證系統(tǒng)能量供應(yīng)，保證電力系統(tǒng)發(fā)電效率，并能降低系統(tǒng)所需消耗電流，減少電能輸送過(guò)程中產(chǎn)生的損耗。1.儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中運(yùn)用1.1風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)的基本原理風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為我國(guó)目前應(yīng)用較為廣泛的能源類(lèi)型，其具有發(fā)電效率高、能源利用效率較高等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)現(xiàn)階段較為適合推廣的綠色可再生能源之一。與常規(guī)能源相比，風(fēng)能具有更大的可持續(xù)性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境效益，風(fēng)力發(fā)電機(jī)是根據(jù)風(fēng)力機(jī)械產(chǎn)生動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)發(fā)電的一種小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用，目前中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)到156MW，且這部分還在不斷增長(zhǎng)當(dāng)中。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電自身所具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠性的問(wèn)題也隨之出現(xiàn)，在并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)輸出電壓不匹配，影響電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)安全，或者影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定工作。而儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)提供電能為電網(wǎng)提供電能，以滿(mǎn)足電力系統(tǒng)運(yùn)行需求，并達(dá)到提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的目的，保證系統(tǒng)正常生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)轉(zhuǎn)以及電力供應(yīng)正常提供。儲(chǔ)能設(shè)備可以將其作為電池存儲(chǔ)在電網(wǎng)中，對(duì)能源進(jìn)行轉(zhuǎn)化利用，以減少電力資源消耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。儲(chǔ)能技術(shù)主要是通過(guò)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，并將其儲(chǔ)存起來(lái)，然后根據(jù)使用需求給電網(wǎng)輸入電能，滿(mǎn)足需求的能量方式進(jìn)行二次循環(huán)，從而為電網(wǎng)起到儲(chǔ)能作用促進(jìn)能源利用效率提升的作用[1]。1.2風(fēng)能利用儲(chǔ)能系統(tǒng)概述風(fēng)能是人類(lèi)能源利用最主要的一種形式，它具有十分廣闊的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。目前，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)主要包括有大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)、葉片式或離心式風(fēng)機(jī)以及風(fēng)輪等形式，其中大中型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)又可以分為塔式風(fēng)力發(fā)電機(jī)和齒輪箱式風(fēng)電發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪是一種可隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)的小型風(fēng)力機(jī)械。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，有三分之一以上的可再生清潔能源都會(huì)通過(guò)塔機(jī)轉(zhuǎn)化成電動(dòng)力，直接送入發(fā)電機(jī)或者通過(guò)齒輪箱輸出動(dòng)力，在我國(guó)風(fēng)電行業(yè)中也大量應(yīng)用了塔機(jī)型風(fēng)電設(shè)備，在我國(guó)的發(fā)展前景十分廣闊，由于中國(guó)風(fēng)能資源豐富，且大部分地區(qū)對(duì)風(fēng)能具有較高的利用率，因此可以根據(jù)風(fēng)能的來(lái)源、規(guī)模等因素將我國(guó)風(fēng)能利用特點(diǎn)作為分析其儲(chǔ)能方法和設(shè)備應(yīng)用價(jià)值以及未來(lái)發(fā)展方向，針對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)而言將會(huì)有更多機(jī)會(huì)出現(xiàn)，并且這種應(yīng)用方式為電網(wǎng)起到儲(chǔ)能作用并發(fā)揮經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)[2]。儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用策略2.1逆變器儲(chǔ)能配置在風(fēng)電場(chǎng)中，由于風(fēng)速的變化導(dǎo)致電網(wǎng)電壓、頻率不穩(wěn)定，因此在風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)的耦合問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)與輸電線(xiàn)路往往相距較遠(yuǎn)，因此，風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)必須能夠相互溝通，在電力能源不均衡的情況下，并網(wǎng)就顯得非常重要，而儲(chǔ)能裝置的應(yīng)用就是為電網(wǎng)提供“備用”電壓，以保證電網(wǎng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。如果電網(wǎng)沒(méi)有穩(wěn)定電壓出現(xiàn)或者很難確定時(shí)，則需要使用儲(chǔ)能電站來(lái)提高電網(wǎng)頻率，逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換為直流電，為了防止大電流通過(guò)電網(wǎng)而導(dǎo)致電壓波動(dòng)，使電網(wǎng)電壓保持在較低（一般小于5kV）或低于3kV。另外，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)一般都會(huì)有變流器，逆變器儲(chǔ)能配置將會(huì)為電網(wǎng)提供調(diào)節(jié)力量，但由于風(fēng)電場(chǎng)是以低電壓運(yùn)行，其不穩(wěn)定的電壓會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生劇烈波動(dòng)，因此使用逆變器儲(chǔ)能能夠?qū)㈦妷航档偷捷^低水平，所以風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能裝置應(yīng)盡可能提高功率，同時(shí)提高容量[3]。通常來(lái)說(shuō)，逆變器容量應(yīng)該大于3kWh，以使電網(wǎng)電壓穩(wěn)定在較低水平，且能夠在一段時(shí)間內(nèi)不出現(xiàn)頻繁波動(dòng)性。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的容量低于2MW時(shí)，需要考慮使用儲(chǔ)能裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電能的調(diào)節(jié)作用。如需要儲(chǔ)能對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充電蓄以備故障時(shí)使用。采用多組蓄電池組或直流電接入時(shí)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行切換，來(lái)保證用戶(hù)供電需求或者使用電動(dòng)汽車(chē)提供電力給電網(wǎng)等方面，當(dāng)電網(wǎng)電壓降至一定程度時(shí)，則需要給電網(wǎng)補(bǔ)充能量等等，導(dǎo)致逆變器要頻繁地進(jìn)行放電功能，因此逆變器儲(chǔ)能能夠達(dá)到提高變流器功率等級(jí)、增加電壓電流的目的。但此時(shí)也會(huì)引起電容器容量的減少，導(dǎo)致功率因數(shù)下降和效率降低等情況出現(xiàn)，甚至導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過(guò)載而導(dǎo)致設(shè)備損壞。因此使用儲(chǔ)能裝置進(jìn)行風(fēng)電系統(tǒng)與電網(wǎng)融合工作時(shí)，更需要采用逆變器進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，以保證風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行時(shí)間以及電能質(zhì)量得到保證。2.2逆變器與發(fā)電機(jī)連接方法在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器與發(fā)電機(jī)連接的方法有兩種。第一種是直接將發(fā)電機(jī)安裝在升壓變壓器上，由逆變器直接將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。這是一種直接接入設(shè)備的方式。第二種是將轉(zhuǎn)子連接到電網(wǎng)中，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后通過(guò)變頻器進(jìn)行輸出，這種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是可以使用在高電壓輸電系統(tǒng)中，但缺點(diǎn)是需要較長(zhǎng)的操作時(shí)間，也不能保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。另外一種情況是，逆變器需要連接一個(gè)變壓器來(lái)維持逆變器工作，在負(fù)載需要時(shí)，可以直接通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成直流電進(jìn)入電網(wǎng)。其缺點(diǎn)是電網(wǎng)不穩(wěn)定時(shí)會(huì)導(dǎo)致負(fù)載產(chǎn)生波動(dòng)，因此，在這方面需要考慮多方面的因素。由于逆變器容量很小，不能滿(mǎn)足輸電時(shí)的要求，通常用一臺(tái)負(fù)載兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行供電，這樣可以實(shí)現(xiàn)逆變器與發(fā)電機(jī)零點(diǎn)聯(lián)接，完成電源與電網(wǎng)之間的隔離供電，但是逆變器必須有足夠的容量以實(shí)現(xiàn)高功率輸出，防止負(fù)載過(guò)大。因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓不穩(wěn)定時(shí)，電壓低會(huì)引起逆變器開(kāi)關(guān)頻率升高，造成發(fā)電機(jī)負(fù)荷過(guò)大導(dǎo)致發(fā)電機(jī)啟動(dòng)所需電壓提高，這時(shí)就要通過(guò)增大逆變器電流來(lái)達(dá)到所需要參數(shù)，逆變器與發(fā)電機(jī)連接主要涉及逆變電容、逆變線(xiàn)圈及濾波電路等。2.3直流電源儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用措施由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性，在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部安裝儲(chǔ)能裝置，對(duì)保證電網(wǎng)電壓質(zhì)量和電源輸出容量具有十分重要的作用，在風(fēng)電系統(tǒng)中應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。目前我國(guó)大部分風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)大多采用直流電源供電，為了提高發(fā)電機(jī)的輸出功率，可采取直流電源和交流電源相結(jié)合的方式，來(lái)提高其運(yùn)行可靠性。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池容量取決于各風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)分布等因素，但儲(chǔ)能裝置在風(fēng)場(chǎng)中一般都配置在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的位置，因此風(fēng)電機(jī)組不可能在風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，隨時(shí)釋放電能，由于風(fēng)電場(chǎng)不與電網(wǎng)正常電壓融合，因此即使儲(chǔ)能裝置出現(xiàn)故障，容易造成對(duì)電力供應(yīng)的破壞。為了確保風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高風(fēng)機(jī)輸出功率，就要考慮到儲(chǔ)能裝置自身是否具備較好的過(guò)流能力和抗沖擊能力。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)遭遇故障時(shí)，可以向電網(wǎng)發(fā)出信號(hào)，將儲(chǔ)能裝置接入電網(wǎng)中，對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行安全控制。目前國(guó)內(nèi)多采用電力調(diào)度方式保證電力負(fù)荷平衡而不受沖擊，因此采用大容量的直流電源進(jìn)行儲(chǔ)能技術(shù)，來(lái)保障風(fēng)場(chǎng)正常運(yùn)行，可有效避免由于直流電源損壞引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)組過(guò)載燒毀等情況發(fā)生。結(jié)束語(yǔ)：我國(guó)在風(fēng)電技術(shù)上已經(jīng)處于世界前列，并且隨著技術(shù)持續(xù)發(fā)展也在不斷改進(jìn)儲(chǔ)能應(yīng)用更加廣泛，儲(chǔ)能技術(shù)和控制方法具有很高的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景，需要結(jié)合當(dāng)前實(shí)際情況對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行不斷創(chuàng)新和完善，保證風(fēng)電系統(tǒng)正常運(yùn)行的同時(shí)，推動(dòng)我國(guó)風(fēng)電行業(yè)發(fā)展和進(jìn)步。Reference：[1]李偉,井