风储系统能量监控系统研究综述

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【摘要】清洁能源的利用已经成为当今世界能源利用的必然趋势，而风力发电更因为风资源分布广泛和易于获得而得到全球范围的推广应用。但由于风资源的不可控性和不可预见性，风电对电网的影响随风电装机容量占电网容量比重的日益增长而日趋明显。目前最热门的解决方法即利用储能系统来平抑风电的出力波动。本文即对目前国内外对风储合成系统的研究现状进行了介绍，同时分析了应用于风储系统控制的诸多算法利弊，探讨了研发风储系统能量监控系统研究的重要性和可行性。

【关键词】风储合成；监控系统；智能控制；精确预报

1.引言

为解决全球日益严峻的能源短缺和环境污染问题，风电这种清洁能源的大规模并网利用成为大势所趋。然而风电出力的波动性大（如图1所示）与电网安全稳定运行形成矛盾，致使风电的大规模并网利用遭遇困难。随着储能技术的发展，其在风电并网技术中已经占有了不容忽视的地位，也是近年来平抑风电出力波动，减小风电对电网影响等方面的主流方法。故而将储能技术应用于实际的研究工作显得尤为紧迫。国际仅美国等少数发达国家等建成了小规模的含储能装置的并网风电场。我国也在积极改善新能源发电特性及提高源网协调性能。可见风储系统能量监控系统方面的研究急待深入开展，对清洁能源的大规模并网应用和调度控制具有重要意义。

2.风储系统仿真模型的研究

在风储系统仿真模型搭建方面，文献[1]建立了基于等效电路的超级电容器储能系统的动态数学模型，在Matlab的Simulink环境下对采用串并联型超级电容器储能系统对并网风力发电机组的电能质量和稳定性问题进行仿真。文献[2]利用理想电容器与阻值较小的电阻相串联的形式，建立了超级电容器简化等效模型。并在其基础上在电力系统分析软件PSCAD/EMTDC软件中搭建了仿真模型，仿真研究了超级电容器对并网风电场稳定性的影响。

由上述文献可见，国内外虽然对超级电容器、飞轮储能、电池储能等储能装置的建模及基于常规电力系统分析软件的仿真平台构建方面进行了很多研究，但是这些研究基本上都只搭建了储能系统的仿真模型，或含储能装置的风储系统的仿真模型。鲜有利用实际储能电池装置结合软件搭建风储系统进行并网仿真实验研究的做法。

3.风储合成出力目标及相关算法研究

在风储系统合成出力目标方面，文献[3]利用NaS电池储能系统补偿风电短期出力预报误差，这种方法由于没有解决风电出力波动特性与电网需求的矛盾，还是难以解决风电大规模并网后系统调峰困难等矛盾。文献[4]利用钒电池储能系统抑制风电功率波动在一定幅度内。可见国内外在风储合成出力目标研究方面一般关注平抑风出力波动和精确风出力预报两个方面。

针对不同的合成出力目标，国内外学者研发了不同的风储系统控制算法。其中，文献[5]提出了一种基于H∞控制器的控制方法，可以在保证平滑风电出力波动的前提下，令储能装置容量配置最小化。该方法对风电比例较高的电网的风储系统能量监控系统的研究具有一定意义。文献[6]利用模糊逻辑设计一种新型风储系统控制算法，可以有效控制蓄电池剩余电量保持在规定范围之内，防止电池过充或过放，延长了储能装置寿命。文献[7]建立两种控制策略，一种是自适应PID控制方法，另一种是基于暂态能量的控制方法，为这两种控制策略对电力系统动态稳定性的影响进行比较。文献[8]研究了PID控制器在超导储能装置中的应用，探索了新的储能装置控制策略。如以上文献所述，在风储系统控制算法方面，国内外研究中较为常用和成熟的算法主要有PID、模糊控制和神经网络等。他们在减小储能装置容量配置，限制储能装置剩余电量和平抑风电波动等方面各有长处。

4.总结

总之，基于储能技术来解决风电并网问题的领域所涉及的建模、合成目标出力、控制算法和风储监控界面编制等方面的研究还不够完善，结合实际储能装置进行仿真的研究基本为空白。因此本文在对上述文献进行深入研究后认为，针对风储系统能量监控系统的研究是非常必要的。

参考文献

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[4]毕大强.葛宝明.王文亮.柴建云.基于钒电池储能系统的风电场并网功率控制[J].电力系统自动化，2010，34（13）： 72-78.

[5]Tomonobu Senjyu，Yasuaki Kikunaga，Atsushi Yona， Coordinate Control of Wind Turbine and Battery in Wind Power Generator System[J].Power and Energy Society General Meeting-Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century，IEEE 2008，Date：20-24 July 2008.

[6]Xiangjun Li，Nan Li，Xuecui Jia，Dong Hui，Fuzzy logic based smoothing control of Wind/PV generation output fluctuations with battery energy storage system.Electrical Machines and Systems，IEEE 2011，Date：20-23 Aug.2011.

[7]姚涛，唐跃进.超导磁能装置控制策略研究[D].华中科技大学.

[8]彭晓涛，程时杰，王少荣，唐跃进.非线性PID控制器在超导磁储能装置中的应用[J].电力自动化设备，2004， 24（11）：62-66.