计及风电随机性的储能技术在风电并网中的应用研究

风电是随机波动的间歇性电源，大规模风电并网会对电力系统的安全稳定与经济运行产生严重影响。储能技术具备快速的功率调节能力，能有效补偿风电的随机波动性与间歇性。美国和欧洲已经采用超级电容、压缩空气储能等解决风电的随机性问题。为充分发挥储能单元的价值，必须选择合适的储能技术并配置最优的储能容量。本项目首先研究抽水蓄能配合风电运行的最优策略，明确储能单元在风电并网中的应用价值。在经济可行的基础上，深入研究基于储能技术的风电可调度性，建立确定储能单元容量的数学模型，设计实现风电可调度的在线运行方案。同时还将采用概率方法评估风电引起的电压质量问题，并设计基于储能技术的电压补偿方案。本项目研究工作将计及风电随机性，采用概率方法解决风电的不确定性问题。相关的研究成果能够为工程应用提供指导意见。

风力发电是典型的随机间歇性电源，大规模风电并网将对电力系统的安全、经济运行及电能质量产生严重影响。储能技术能够有效平衡风电的波动特性，为大规模风电并网提供一种可行的解决方案。课题首先深入研究了大规模风电接入对电网运行的影响，主要包括电网规划、电能质量、潮流不确定性等领域的问题。针对这些问题，课题研究了现有包括抽水蓄能电站、电池、超级电容器等主流储能技术在内的技术特性，并分别分析了它们在风电并网中的应用潜力。主要研究内容如下：（1）研究采用储能技术提升风电经济性，即如何采用储能技术最大化风电的能量转化效益和降低风电因竞标偏差所受的惩罚。由于风电输出功率难以准确预测，提出了采用随机规划方法来解决带有随机变量的优化问题，建立了确定储能单元最优运行策略的优化模型。基于储能单元取得经济收益的计算结果，采用内部收益率法对储能单元用于风电能量管理的经济可行性进行了分析，结果证明了所提方案的可行性。（2）提出了基于双电池组拓扑结构的风储混合电站调度模式。该调度模式将短期风功率预测结果作为调度目标，并采用两组分别处于不同工作状态的电池组（充电状态和放电状态）平衡风功率与调度目标之间的正、负偏差，以确保调度目标的如期实现。一旦任何一组电池满充或满放，其状态将借助功率变换器进行自动切换。此外，还提出了一系列性能指标，以评价风储混合电站在各调度时段内的调度性能。最后，采用序贯蒙特卡洛模拟技术对某风储混合电站一周内的运行情况进行了模拟，模拟结果显示了基于双电池组拓扑结构的风功率调度模式的有效性。（3）研究了如何利用储能技术解决风电并网导致的电能质量问题。首先建立了计及风电场无功调节能力的概率电压评估方法，对风电并网引起的公共连接点的电压波动问题进行概率评估。设计了考虑风电场无功调节能力的最小有功注入的串联电压补偿方案，并通过算例验证了所提方案的有效性。