储能提升含高比例风电电力系统可靠性分析

储能提升含高比例风电电力系统可靠性分析

杜元媛

宁夏回族自治区电力设计院有限公司 宁夏 银川 750016

摘要：随着电力系统中可再生能源并网容量的不断提升，其出力的随机性和间歇性对电网规划、运行等方面的影响日益突出。通常在系统中加入储能设备，以确保接入后电网的安全稳定。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对储能提升含高比例风电电力系统可靠性分析提出了一些建议，仅供参考。

关键词：储能提升；含高比例；风电电力系统；可靠性分析

引言

现如今，风电作为新型清洁能源，在电力市场占据越来越大的比重。通过考虑我国自身的能源特点和电网结构，探讨了相关的应对措施，明确了风电消纳的方向，同时积极建立并完善储能系统，为风电并网在电力系统中稳定运行打下坚实的基础，实现可持续发展。

1、我国风电发展的特点

作为全球最大的风电市场，中国2019年陆上风电新增并网容量为23.8GW，累计达到230GW。由于在2018年底之前核准的陆上风电项目超过60GW，全球风能理事会（GWEC）预计，已经在2019年下半年兴起的装机热潮将在2020年持续进行。2020年，中国陆上风电新增装机容量可能会达到30GW。诸多数据充分证明我国风电新能源正逐步走向快速发展阶段。我国风电发展的特点如下：（1）风电开发集中度较高。不同于欧洲国家的是我国风电开发模式主要为集中的、大规模的远距离传输，同时受风能分布不均的影响，风电开发地域也有很大不同。（2）风电利用水平不断提升。中国内蒙古、辽宁、黑龙江等风能资源丰富的区域风电累计并网容量、风电设备利用率等指标与丹麦、德国等风电发达的国家基本相当。（3）风电技术和管理水平较低。由于我国风机技术起步较晚，造成风电场的自动化水平较低，缺乏无功补偿设备。

2、储能技术的现状

21世纪以来，相关部门对电力质量的要求不断提高，尤其是新能源发电，这其中储能技术的作用至关重要。随着科学技术的不断发展，多种多样的新科技产品不断涌现，社会各界对电力资源的依赖性也逐渐增大。但随着电力资源需求的增大，环境污染和资源浪费问题却日渐严重。在新能源电力系统中，储能技术能够将传统发电方式和电力系统对环境的污染降到最低，是现如今电力系统的重要组成部分之一。与此同时，由于新能源储能技术发电材料的主要来源是可再生资源，很大程度上解决了发电污染和材料浪费的问题，成为我国电力系统的重要支柱。我国的储能产业技术水平的发展速度明显在世界平均水平之上，储能技术的发展阶段呈快速增长的态势。储能技术的总体布局已拥有了了商业化发展的长期走势，这得益于我国电力部门的大力支持和储能技术研究企业人员的通力合作。与此同时，我国电力部门出台了众多针对新能源储能技术的发展政策，为储能市场的快速发展提供了大力支持，使得我国的能源市场能够进行科学合理化的升级转型。在近几年里，储能技术将成为我国的核心技术之一，对我国的能源发展和模式和世界的能源制造格局有着重要的推动作用。

3、储能技术简介

3.1自然界的储能

当前全球所有的能源都离不开太阳能的支持，人们在使用能源的过程其实也是对太阳能与风能的一种转化应用。不管是煤炭资源、石油资源还是林木资源都是经过太阳的照射或者自然界生物生长获得的能源。因此太阳能是目前应用的重点能源，也是未来发展的一种趋势与方向。只有增加对太阳能的研发才可以获得更多的高效能源，为社会的发展提供有力的支持。

3.2电力需求侧储能技术

当前社会的生产与生活中对于电力能源的使用需求量不断地增加，因此还要加强电力需求侧储能技术的研究力度。通过对电力使用用户对电能使用需求的分析以及估算，从而保证电力需求侧储能技术的合理应用。电力需求侧储能技术需要对用户的时间、空间以及方法进行综合的分析，然后对用电的高峰与低峰时间进行错开，确保电能的供应及时与稳定。另外，还要通过需求侧储能技术的使用，保证电力系统的电源分布更加的灵活。

4、储能提升含高比例风电电力系统可靠性分析

4.1可靠性分析

针对诸如风能在内的可再生能源所具备的高度随机性，本文先采用蒙特卡罗法对风力发电机的有功功率出力进行随机抽样，再采用等效电量函数法开展随机生产模拟仿真，为进一步对含储能装置高比例风电接入电力系统进行可靠性分析打下基础，具体流程如图1所示。

4.2算例分析

本文将MATLAB作为程序模拟平台，以我国南方某省典型地区2016年的负荷与风力发电场输出有功功率实测数据进行仿真。因为本文研究分析的数据与地区所在季度关联度高，所以按照4个季度划分仿真过程，分别是4~6月的春季、7~9月的夏季、10~12月的秋季、1~3月的冬季，并在下文算例中，分别进行第2节所述的可靠性分析。算例中某省典型地区2016年峰值负荷为2924.85MW，共8台常规发电机总容量为3840MW。对电力系统的可靠性分析通常要考虑模拟周期内该地区的负荷曲线，图2所示为所选地区2016年的年负荷曲线。由图2可知，该地区的负荷具有典型的峰谷差特征，并且呈现出明显的季节差异，夏季和冬季为负荷高峰期，春季和秋季处于负荷低谷期。

4.1.1风电场接入对系统可靠性的影响

系统电量不足期望值在风电场接入前后的变化情况如图3所示，失负荷概率值在风电场接入前后的变化情况如图4所示。

由图3图4可知，该省级地区春季可靠性最高，夏、冬2季可靠性最低，究其原因是算例分析的省级系统所处地理位置受气候影响较大，且负荷高峰期发生在夏、冬2季。通过分析结果可知在系统中增加风电场后，电力系统的运行可靠性可以得到显著改善。

4.1.2储能装置接入对系统经济性的影响

评估电力系统可靠性的同时，还要考虑系统总体的经济性，才能完整达到系统可靠性的标准，使得社会效益最大化。因此，本文采用随机生产模拟，继而对储能参与高比例风电并网运行前后的系统成本进行对比分析，结果见表1。

由表1可知，该地区一年4个季节的发电总成本当属夏季最高，与图8、图10结合分析可知，夏季的LOLP值又是最小的。这是由于LOLP值越小，系统的可靠性就越高，则需要系统的装机容量就越大，从而导致系统的发电成本增加。而且由表1可知，储能的加入降低了系统发电成本，提升了系统的经济性。

4.3储能系统控制策略

储能技术逐渐成为整个电力系统的重要核心，实现电力市场发展过程中的要求与市场需求的满足。在对储能系统进行功率提高的基础上还要加强放电强等相关的特点，保证并网变流器设计效果的提高，合理的控制其功率。最终满足实际的输出输入要求，完成储能系统的多项功能。另外，在电网稳定性方面也会起到提升的作用，还可以控制储能装置，进而提高系统中内部的自控能力。结合多项的管理工作，全面地提高电网运行系统自身的控制管理效果，为我国新能源电力系统中储能技术的合理应用提供重要的基础保障。

结束语

综上所述，储能不仅能够提升高比例风电接入电力系统的可靠性，还能提高系统的经济性。而系统可靠性和经济性又具有一定的负相关性，因此需要恰当的储能装置平衡二者的关系，并且能够灵活地应对风电的季节特性。

参考文献

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