2020风光储系统运行特性.docx

风光储系统运行特性微网（MicroGrid.简称微网）既可以与大电网并网运行.也可以孤立运行.是未来分布式发电或智能电网中的典型应用形式。微网的电压及频率稳定问题在微网电源为风电、光伏等可再生能源发电时更为突出，而储能系统的引入可以有效地解决该问题同时，储能不仅是一种产品，也是一类功能的集合，储能技术与风电、光伏发电等间歇式电源的联合并网应用，有助于提高电网对风电、光伏等的接纳能力.储能技术通过集成能量转换装置，可实现对电力系统各种平滑快速控制，给智能电网提供"智能"的基础，并进一步改进电网运行的安全性、经济性和灵活性，实现对电能使用的有效控制、可见，风光储系统的联合应用，将开启电力服务的新纪元。1风光储分布式应用1.1分布式发电与微网分布式发电供能是指利用各种可用的分散存在的能源，包括可再生能源（如小型风能、太阳能.生物质能、小型水能、潮汐能等；和本地可方便获取的化石类燃料（主要指天然气）进行发电分布式发电系统既可发电，也可供冷、供热，是一种能源的高效利用方式。与传统电源相比，分布式发电是清洁、高效的能源利用方式，与传统集中供电方式相比，发展分布式发电具有以下作用：I）分布式发电是发展可再生能源的主要途径之一。和集中式大规模风力发电、光伏电站相比，分布式可再生能源发电同样重要，它可以根据当地的资源构成因地制宜地发展本地可再生能源发电2）在靠近负荷的区域发展分布式发电可以降低输变电设备的投入.3）降低尖峰负荷对整个电力系统的压力，$降低电力资产投资的风险由于难以准确地预测远期的电力需求增长情况,为规避风险.电力公司往往不愿意投资大型的发电厂以及长距寓超高压输电线路.此外，高压线路走廊的选择也比较困难这都促使电力公司选择一些投资小、见效快的分布式电厂项目来就地解决供电问题然而，分布式发电技术的潜力尚未得到充分发挥。由于在目前的电网结构下，分布式发电改变了传统的发展方向，给电力系统的稳定运行增加了不确定因素，给电压调节、保护协调与能量优化带来很多问题另外，分布式的可再生能源发电很难作为独立电源，往往需要配置油机、微小型燃气轮机或蓄电池等作为备用或补借或者直接接入电网.以电网作为能量支撑随着分布式可再生能源发电的快速发展及其并网渗透率提高，给电网带来了越来越多的稳定性和电能质量问题.制约了可再生能源的进一步发展为使分布式发电得到充分利用，微型电网应运而生.微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置，相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统是一个具备自我协调运行的智能控制系统，能够实现能量互补、经济调度和优化管理微网作为分布式发电的高级组织形式，将发电单元和负荷通过控制有效地组织在一起，既可以独立运行，也可以与大电网并联运行.微网通过有效的资源配置、系统规划和能量管理，可以提高分布式发电的能源利用效能和运行稳定性，实现分布式发电与大电网高效、安全、可靠地互补运行，已被视为分布式发电无缝集成到现有电力系统的重要组织方案和技术:通过微网合理的规划、组织、管理.能够使分布式发电对电力系统的负面影响最小化，并能使分布式发电的控制柔性发挥至从电网调度角度看，微网是电网中的一个可控电源或负载，它既可以从外电网获得能量.也可以向电网倒送电能在微网中配备适宜的储能可以维持系统能量的鼠时平衡，以平抑风电、光伏等间歇式电源发电出力波动或负荷突变，或者克服微型燃气轮机和燃料电池等响应速度较慢.负荷跟踪能力较差等问题，从而提高可再生能源发电的稳定性和电能质量，并减少其并网运行时对电网的影响，尤其是高渗透率下的电网稳定性。此外，由于储能单元具有稳定的和持续的功率输出能力，可以在电网故障时作为微网的组网电源，为微网提供稳定的电压和频率，确保分布式电源和负荷的可靠工作：尤其值得关注的是.近年来各种新型储能技术如锂电池、液流电池、钠硫电池、超级电容器和飞轮储能等，在技术经济性上取得了长足的进步，同时它们也适宜于微网的储能应用：对于负荷来说，不管微网是孤岛运行模式还是并网运行模式，都要求有频率恒定、电压稳定的电源，可是由于微网规模一般较小，系统惯性不大，当大功率的电力负荷投切时，微网的电压和频率波动十分明显，对整个微网系统的稳定运行造成一定影响,我们总是期望微网中的主发电设备（一般为同步发电机）始终工作在其额定容量下，但是微网系统的负荷量并非一直不变的，它会随时间和天气的变化而变化:为了满足高峰时的负荷供电.往往需要使用燃油.燃气的调峰电厂对高峰负荷用电进行调整但现在燃料的价格很高.这种高峰调节方式费用昂贵.微网电压、频率稳定的问题在微网电源为光伏等可再生能源发电时更为突出.储能系统可以有效地解决这个问题，即在负荷低落时储存分布式电源的多余电能.在负荷高峰时将储存的能量回馈给微网.以满足负荷和功率调节的需要储能系统作为微网必要的能量缓冲环节，增大了系统的惯性，可以提高系统的电能质量,使整个微网系统稳定运行.它不仅避免了为满足负荷高峰期而颖外安装的发电机组,同时充分利用了负荷低谷期系统的剩余发电量.避免了能量浪费同时.储能系统还可以作为备用电源使用，提高了微网的供电可靠性，储能系统在微网中的作用日益重要可见，分布式发电是发展可再生能源的主要途径之一,而微网是分布式可再生能源发电的有效形式，可以控制分布式发电对电网的影响，使得微网成为电网的一个可控的发电单元或者负荷.而储能是微网的关键技术，未来随着微网规模的扩大必将带动适合微网的储能技术的发展。1.2微网的作用微网作为大电网的一种有益的补充形式，能够高效、经济地实现对用户的多样化、高可靠性的供电要求.其中较为突出的表现在以下几个方面：I.缓解高峰负荷压力随着经济发展和人民生活条件的不断改善，夏季空调器用电持续攀升，电网短时间的尖峰负荷越来越大，若采用增加发电装机容量的方法来满足高峰负荷是很不经济的，而利用微网来充分调动分布式电源和负荷参与系统调峰.则能够有效地缓解峰谷差问题，缓解输配电线路的升级压力.2.提高电网抗灾能力的迫切需求在2008年春天我国南方冰灾和2008年5月份的汶川地震期间，我国电网都发生了大面积的停电事故.如何在极端恶劣的灾害条件下保障重要负荷的持续供电和提供可靠的应急电源，是提高电力系统的抗灾能力的关键，微网可以在故障时与大电网断开独立运行，在突发灾难时能够保障重要负荷的供电具有一定的抗灾能力，是建设抗灾型电网的一个重要手段。3.促进衣村电气化和配电网升级我国幅员广阔，气候等自然条件以及产业结构不同，导致各地电网负荷特性差异很大.在我国发展微网，需要针对我国电力系统的特点，结合其不同区域的具体需求提出针对性的解决方案，给出典型设计规范与运行规范(1)城市区域微网和工业微网城市区域微网按居民小区、宾馆、医院、商场及办公楼等进行建设，这类微网在并网运行时主要通过大电网供电，而大电网故障时则与之断开进入孤岛运行模式，以保证重要负荷的供电可靠性和电能质量.此外，这类微网多接在IOkV低压配电网，容量为数百千瓦至IOMW等级，经济较发达的城市地区应该大力发展清洁能源发电，以减轻环境压力，同时应适当地发展当地可利用的可再生能源发电.例如可以在北京、上海、广州等大、中型城市，建设与建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施企业微网一般接在IOkV或35kV配电网，容量多在数百千瓦至100MW(I-般分布在城市的郊区，多利用传统电源满足企业内部的用电需求微网能满足该类企业对电力安全性和可靠性较高的需求，并充分利用回热，有效地提高资源的利用效率，为企业降低成本、提高效益.(2)衣村草原山区配电网改造农村电网是农村重要的基础设施.关系到农民的生活、农业生产和农村繁荣充足的电能供应是建设社会主义新农村的能源保障前提值得注意的是，国家发展改革委关于实施新一轮农村电网改造升级工程的意见已经国务院同意其中提到："必须抓紧实施新一轮农村电网改造升级工程，进一步提升农村电网供电可靠性和供电能力，满足农民生活、农业生产用电需要L目前在我国农村地区及草原、山区等偏远地区仍有大量人口没有得到足够的电力，而这些地区电力需求较低，将输配电系统延伸过去代价过大，一些已改造过的农村电网与快速增长的用电需求不相适应，又出现了新的线路"卡脖子”和设备"过负荷”问题而微网应用地点具有灵活性.所以适用于以较低成本利用当地可再生能源为用户供电.这类微网一般接在400V低压配电网.容量在数千瓦至数百千瓦，多用于解决当地用户的用电需求。偏远地区的可再生能源丰富"可以充分利用当地的风能、太阳能.沼个、衣作物经济作物残渣进行发电例如在风力资源丰富的"三北地区"建设风电基地：在西藏.青海、新裾等省(自治区)建设户用光伏发电系统，解决偏远地区无电村和无电户的供电问题，促进农村城镇化的进程，如图5-1所示.(3)海岛微网我国海洋能源非常丰富，具有孤岛发电和并网发电潜力，如果能够将潜在的海洋能源并网发电，与其他发电设备、储能装置以及当地负荷有机地结合起来，构建海岛微网将大大母解能源的紧张局面，对于我国的海洋经济、海洋战略起到重大的作用.小型风电微阳控制小型光伏光热沼气发电(人6粪便、食物残渣等)图5-1农村微网系统2011年国务院批准的我国首个以海洋经济为主题的国家故略层面新区一山群岛新区包括1390个岛屿，发展潜力巨大。随着我国海洋经济和旅游业的发展，用电需求也迅速增长。海上电能的远距离传输存在相当大的困难，如何开发海洋能源、如何利用海洋新能源是实现海洋经济快速发展的重要瓶颈之一。1.3微网研究现状I.欧洲微网研究概况作为提高电网供电可靠性的重要实现方式，微网的相关研究近年来受到了欧盟各成员国的普遍重视，以"能源，环境和可持续发展"为指导思想的欧盟第五研究框架(19982002)和第六研究框架(20022006),分别资助了*Microgrid"和'MereMicrogrid"项目，与之相关的还有'Dispower'、"DGFACTS'等项目对分布式电源控制策略和上层调度管理方面展开相关研究.2006年4月，欧盟发布了智能电网一欧洲未来电力发展战略及前景.绿皮书，阐述了智能电网的概念.提出了欧盟电力发展的远景规划：建立以集中式电站和微网为主导的供电可靠，少环境污染，高经济效益的智能电网形式，并将其作为欧盟第七研究框架(20072013)的核心议题之一。作为欧盟微网项目的研究成果.欧盟的微网实验室和示范平台体现了欧盟在微网领域所做的有益探索.雅典国立大学是欧盟微网项目的先驱者，其建立的NTUA微网结构是欧盟所倡导的一种结构.NTUA实晚室微网的建设目的主要是对分层控制微网结构进行验证,对底层的光伏和储能装置在联网和孤岛模式下的不同控制策略进行验证分析，并实现微网的联网和孤岛之间的无缝切换.同时验证微网的上层调度管理策略对微网的经济性、降低环境污染方面的效益进行软件评估。位于德国的DeMoTeC微网示范平台，拥有各种不同的发电设备，如5.5kW微型热电联产电站、32kW柴油发电机组、多台蓄电池逆变器、来自各公司的不同型号光伏逆变器、5kW风机模拟器、30kW虚拟电池模拟器、可控负载、IOkV配电线路模拟器、各种类型负载等其占地面积将近600平方米，是欧洲目前最大的一个微网实蜿平台。DeMoTec微网可以实现联网和孤岛模式无缝切换.并且联网运行时，当分布式电源出力大于负载消耗时，可以向电网倒送电能DemoTec微网实验室对欧盟微网理论的发展起到了巨大的推动作用.1.abein微网位于西班牙巴斯克地区的毕尔巴鄂市，是欧盟"多微网"项目的示范平台之一,通过100OkVA和45IkVA的两台变压器接入30kV网络.其结构如图5-2所示。Labein微网包括常规分布式电源(0.6kW和1.6kW的单相光伏，3.6kW'的三相光伏，6kW的直驱式风机)，传统电源(2台63kVA的柴油发电机组)，储能装置(48V1925h和24V120h的蓄电池组.250kVA的飞轮储能.48V4500F的超级电容器.负载采用阻感负载(15OkW和50kW的阻性负载和2套36kV。A的感性负载.Labein微网的示范图5-2Labein微网结构目的包括验证联网模式下的中央和分散控制策略.验证通信协议，实现对微网的需求侧管理，对微网进行频率的一次、二次和三次调整.提高供电电能质量，实现联网和孤岛模式切换等.另外，Labein微网存在一条直流母线，可以对新兴的直流微网技术进行研究.2.美国微网研究概况美国的分布式发电和微网技术的研究，主要是由美国电力可靠性技术协会(ConsortiumforElectricReliabilityTechnologySolutions.CERTS)来引导的作为美国乃至世界最具权威的研究机构，CERTS是世界分布式发电微网领域研究的先行者，它发表的一系列关于微网概念和微网控制的著述成为了微网研究领域的纲领性文件，CERTS微网概念包括两个核心组件；静态开关和自主控制的分布式电源。当电网发生故障或受到暂态扰动时，静态开关可以自动切换微网到孤岛运行模式，从而提高了供电质量。孤岛运行时，各分布式电源以采用有功-频率和无功电压下垂控制策略维持微网的暂态功率平衡.其对等(PeertOPeer)和即插即用(PlugandPlay)的思想也影响了一大批微网研究团体美国电力公司iAniericanEleclricPower,AEP)资助CERTS在俄亥俄州首府哥伦布的DOlan技术中心建立了CERTS的微网示范平台，如图5-3所示，CERTS微网示范工程包含三条馈线.其中馈线C为常规线路；馈线B中接入包含一台微网示范平台图 5-3 CERTSWl 魏 A60kW的燃气轮机（含储能装置）及可控负荷：馈线A包含两台60k"的燃气轮机及敏感负荷该实验平台主要用于验证分布式电源的并联运行及对敏感负荷的高质量供电问题。3.日本微网研究概况日本在可再生能源发电技术方面一直处于世界先进水平，同时大力加强了混合发电.分布式电网、微网技术的研究-日本NEDO（新能源产业技术综合开发机梅）是日本开发产业技术、新能源技术、节能技术以及环境技术的主要机构.在NEDo资助与领导下，建设了爱知、八户、京都等多个微网示范工程，如图5-4所示。NEDo希望通过这样的实验系统，完成以下的研究项目：微网中的电力质量稳定的验证：微网中的供需控制方法研究；对瞬时短周期（数秒指令之内）变动的追随性的睑证；微网独立运转时检测装置的验证：系统并网时和独立运转时的模拟分析等日本企业界.如三菱电器、喜士电机、清水建设、东北电力、九州电力等公司也都积极参与到微网示范工程的建设与运行中。4.国内微网发展在我国，中国科学院、中国电力科学院.浙江电力试验研究院、天津大学.合肥工业大学、杭州电子科技大学等科研院所陆续展开了微网技术研究，并取得了一系列进展合肥工业大学光伏系统教育部工程研究中心较早地开展了风-光-柴蓄复合发电及智能控制系统的研究位于杭州电子科技大学的国家发展改革委和日本NE-DO的国际合作项目"先进稳定的并网光伏发电微网系统实证研究项目"，是首次在国内建立的以光伏发电为基础的微网技术综合实验研究平台。尽管我国在微网方面的研究刚刚开始起步，但已经受到了高度的重视，例如在2006年国家"十一五"863计划的"先进能源技术"专题的探索导向型计划中，安排了“分布式供能电力系统技术"专题.开展分布式供能系统并网、控制、保护技术与装置，微网技术研究.以天津大学王成山教授为首席科学家的"分布式发电供能系统相关基础研究"项目已获国家重点基础研究发展计划（973计划）的资助，位于浙江省电力试验研究院的分布式电源与微网实验室即为该项目作为分布式发电供能系统相关基础研究的实脸基地，该实验室建有以下主要设备和系统：60kWp屋顶光伏并网系统、30kW双馈风力发电模拟系统、两台5kW小型直驱式风力发电系统.25OkW柴油发电机系统.蓄电池组及100kW双向逆变器、250kW飞轮储能系统以及多个模拟负栽柜。作为一种结构灵活的微网实验系统，含有的多种分布式电源和储能设施可实现两个小微网单独运行，也可组成大微网运行，并可实现并网运行模式与独立运行模式的灵活切换.在系统图5-4日本京都KEEP微网项目各个回路之间设置有线路模拟装置.及不同类型的故障模拟点，其一次接线图如图5-5所示。该系统由太阳能组件、蓄电池储能系统、发电机、逆变系统及负荷等组成，图5-6为该系统的架构图。在并网运行模式下，太阳能采用并网逆变器与小区母线连接：太阳能供电优先于市电：当光伏发电大于负荷需求时，向电网馈电：根据电费率情况，系统通过优先方案给蓄电池电动车充电.在宙网运行模式下，市电缺失，系统由蓄电池和太阳能供电：当电源能力小于负荷时，系统自动减载甩次要负荷，保证重要负荷:根据蓄电池的蓄电情况，系统在适当情况下起动发电机；当市电恢复时自动切换至并网状态.1.4动力电池参与分布式储能新能源汽车的发展已经进入了全面政策扶持阶段：随着政府对电动汽车产业的持续推动，电池技术作为关系到整个产业发展的核心技术，也将成为政策重点支持的对象同时电动汽车产业的发展也会带动电动汽车作为储能设备的应用推广，为储能产业迎来新的发展商机，电动汽车的发展将汽车生产与电力系统结合了起来.电动汽车的动力电源在实现了汽车作为交通工具的作用之外，还能将其变成一种可能的备用电源.通过动力电池的梯次使用和电动汽车的V2G模式，汽车的动力电池作为储能产品可以成为帮助电网进行调峰、调频等应用的备用电源，电动汽车作为一种储能设备，具有其自身的优势.首先，电动汽车在使用中有90%的时间处于停泊状态，车载电池可以被看做一个分布式储能单元。其次，电动汽车的电池能量密度高.即使淘汰下来的二次电池也可以作为储能设备提供几小时的稳定电量因此，电动汽车或电动汽车的动力电池作为储能设备的应用前景广阔目前，常见的动力电池参与储能的应用主要包括电池的梯次利用以及V2G技术.I.电池的梯次利用电池的梯次利用是指电动汽车电池使用周期结束后仍然具有很大价值，可以根据其性能进行不同梯次利用.随着电动汽车的发展，电动汽车用电池的数量会越来越多.电动汽车电池的梯次利用将会成为很重要的一类储能设备，一般情况下，当电池只能充满原有容量80%的时候，就不再适合继续在电动汽车上使用了通过梯次利用，二次的动力电池可以有其他用途.如安装在住宅和工业建筑使用的太阳能光伏储能系统中，辅助可再生能源的稳定输出、利用IMII图6-5某微网项目一次接线图充放功能进行调峰、用作备用电源及不间断电源（UPS）.2.V2G技术应用V2G（Vehicle-IO-Grid）技术是最近几年发展起来的新型技术.是-智能电网"的重要延伸部分。它主要是指电动汽车与电网的能量管理系统通信.并受其控制，实现电动汽车与电网间的能量转换（充、放电）。V2G技术的使用，可以实现以下几个应用:1）用户的电费管理、控制用电成本；2）供电可靠性：3）削峰填谷、缓解电网供电紧张；«稳定可再生能源发电接入。目前V2G急需解决以下技术问题：I）成本控制：在电动车上增加V2G功能，需增加软硬件设置，如必须新增放电功能.强化充电状态管理等，但这也增加了电动车成本，2）电池寿命：电池给电网提供电力，势必增加车载电池的充放电次数，影响电池的使用寿命，另外作为储能设备使用时，车辆的维修和保养费用也将受到影响.3）使用安全：确保电动汽车充放电过程的安全性，V2G的应用，将提高充放电频率、电力输出与输入对象也更为复杂，需配备更完善的充放电安全措施，以降低意外风险，4）技术上的难题：车辆电网间通信技术：快速响应电池技术等，此外，电网是否接纳、充电口通信标准制定以及开发何种商业模式也是V2G发展需要考虑的因素1.5储能系统在微网的应用领域I.促进分布式可再生能源并网装置接入按照我国夕可再生能源中长期发展规划，力争到2020年使可再生能源消费量达到能源消费总量的15%除了大容量的风电场、光电站这样的集中式可再生能源并网发电设施外，分布式的可再生能源发电设备也是另一种重要的发展模式而由于分布式可再生能源并网装置的间歇性发电特性，目前的配电网无法应对分布式电源的高渗透率接入。含储能系统的微网可以平滑分布式可再生能源装置的出力波动，在解决间歇性的分布式电源接入问题中表现出了极大的潜能.2.负荷中长期平衡随着经济发展和人民生活条件的不断改善，尤其在都市区域，如空调器用电，电动汽车充电这样的负荷不断增加，电网短时间的尖峰负荷容量将越来越大.出现时间也有可能变得难以预测，若按照传统的增加发输配电设施容量的方法来满足尖峰负荷的要求.将不具备经济性.甚至在日趋成熟的城市区域将根本不具线路改造、扩容的可行性利用含储能系统储存非高峰时段电能.同时充分调动分布式电源和负荷参与系统调峰，则能够有效媛解负荷的峰谷差.减轻调峰电厂的压力，提高现有馈线输送的总电量.有助于解决负荷的中长期平衡问题3.供需平衡快速跟踪微网由于系统容量偏小、缺乏电气惯性、旋转设备调节出力速度缓慢等原因，对负荷的波动变化相对敏感。引入可再生能源后.随着外界条件的变化，小型风电光电设备的出力短期也有可能存在较为剧烈的波动在面对此类短时间的负荷波动和出力波动时，往往会出现频率或电压偏移情况，造成诸如短时电压跌落.频率波动、电压闪变等电能质量问题对于这样的短期有功、无功波动造成的问题，利用储能系统.有望对负荷和分布式电源出力进行更为有效的跟踪，提高微网的电能质量减少对配电网的不利影响4.电能质量调节在传统的大电网中，可以通过同步发电机调相的方式来为系统提供无功，而在微网中，由于缺少旋转设备，而单纯的基于电力电子技术的并网变流器也不具备无功调节功能，故必须将储能系统有效地引入到微网中，才能为微网提供必要的无功支撑同时微网由于含有大量电力电子装置以及单相负荷与单相微型电源，所以在电能质量方面需应对更多的挑战.而储能系统的并网功率变流器(PowerConversionSystem.PCS)本身具备四象限运行能力，与储能元件结合后还可以执行电能质量调节功能：5.应急供电与备用2008年初我国发生的冰冻灾害.以及日本福岛核危机等突发事件，不断提醒人们应急供电的重要性，而在一些特殊应用或关键应用场合，如都市高层建筑水泵和通风设施、电信通信中心、银行数据中心、云计算基础设备、关键军事设备等对供电的可靠性要求更加严格利用日益发展的储能技术，结合微网技术，可以取代传统普通UPS和备用柴油发电机组，进一步提高微网应急供电与备用的能力，这也是未来智能配电网提高自愈能力的重要措施6.弹性负荷随着电动汽车的日益发展.基于电动汽车动力电池的充换电站有望得到普及.由于我国庞大的汽车保有量即便是一个百分点的电动汽车比例也将形成相当可观的负荷容量而电动汽车充换电站既可视为分布式的储能装置也可以视为电力负荷.在控制上具备一定的弹性，这类弹性负荷的出现对传统电网既是挑战.也是可利用的资源其负荷特性优于一般的可中断负荷，可利用直接负荷控制、需求侧竞价等方式参与到微网的调峰控制与应急控制中7.个性化用电在部分特殊应用场合，比如工业用电，偏远地区独立供电、移动式电站等，储能系统需要在这些区域性电网中承担更为关键的角色.如轧钢机在咬钢、抛钢过程中的功率冲击，电力机车加速、减速中的巨大负荷波动等.都容易造成电压波动与频率偏移，严重时会直接影响到整个区域供电系统中关键配电站的安全运行，进而影响到整个工厂或轨道沿线区域的供电8.微网黑启动自启动能力是微网从故障状态逐步恢复至工作状态的重要能力。通过旋转设备.如柴油发电机、燃气轮机均需要几分钟到几十分钟的冷启动或者热启动时间.利用储能系统中储存的能量.通过并网功率变流器PCS可以在ms级别完成储能系统的自启动.因此储能系统对微网内恢复用电.逐步支持整个微网的恢复运行具有重要的作用，也是提高未来智能电网自愈能力的体现.微网的设计要求包括：1）系统并网运行时，微网与大电网无缝集成：2）遇紧急情况，微网可自适应孤岛化运行；3）功率平衡、电压频率正常.随着微网内的风力发电、光伏发电等可再生能源渗透率的提高，为了满足微网的设计要求，在并网或寓网情况下实现功率平衡、电压频率正常，需配备一定的储能系统，平衡可再生能源的随机波动、改善电能质量及维持系统稳定.分布式电源和储能系统的配置比例及协调控制，是决定微网是否正常、稳定、高效、经济运行的关键在微网内配置储能系统的设计流程如图5-7所示，所需考虑的约束要素主要有以下几种：I）系统负荷需求、供电可靠性；2）电能质量.电压、频率、潮流等；3）结合日照度、风速等配置风电、光伏容量：4）储能电池特性及其充放电控制策略；5）经济性约束，以最小成本为优化目标；6）综合考虑风光互补特性和不同储能类型运行特性:当地配电图结构与负荷特性图5-7储能系统现划设计流程图2风光储并网应用2.1风储系统运行特性储能辅助风力发电运行，可有效改善风电出力特性.通过改变风电场容量，而固定储能系统容量.可以分析不同风储配比下，储能系统改善风电出力波动性的效果差异现依托某地区风力发电场14台78OkW失速定桨距型风力发电机组进行运行算例分析.算例风电场历史运行数据采样时间间隔为30s,数据采集周期为8月至12月：配套电池储能系统容量为IMW4h和0.75MW4h,算例分析过程中通过选取不同数量的风力发电机数据表征不同规模的风电场，并保持储能系统容量和输出功率不变,图5-8图5-13为风电场在不同规模时输出有功功率的波形：基于GBm5945-2008中的规定，风电场输出有功功率每分钟波动小于20%额定容量的要求，算例中采用了更加严格的标准限定，即每分钟功率波动率小于10%。图5-8算例风电场1号机组出力曲线12-112-10I2-2C日期12-112-10I2-2C12-112-1012-204000Mw*芸餐He三蒙袋m区8-209-19-10%2010-1IO-IO10-2011111-101120H期图5-11算例风电场1-I号机组联合出力曲线最终的合成功率P波动符合电网安全、经济运行标准储能系统仿真结构如图5-14所示，风电场输出功率P经过功率控制单元馈送到电网中,同时储能系统通过DaAC变流器向电网吸收或发送能量尸"，使得图5-14储能系统仿真控制结构图5-14中左侧部分的风力发电系统输出有功功率由算例风电场历史运行数据模拟，储能系统总出力根据图中右上部分的储能系统控制算法框图计算得到，最终由储能系统功率指令来得出储能系统剩余能量水平和平滑效果图515、图5-16是储能系统对1号机组进行平滑处理的结果，平滑时间常Me 电%e N*Qrgw S-IO 8-209-1*-10 »-20 10-110-10 10-20 11-111-10 11-20 12-112-10 I2-2CH期图5T5750kWIh储能系统平滑1号机组后每分钟功率波动情况数设为100min,图5T6显示储能系统在对1号机组进行平滑时系统能量的上限未超过95%,下限维持在50%左右，因此电池系统能够保持在有一定安全裕度范围内运行。同时图5-15显示储能系统对1号机组进行平滑处理后总系统输出有功功率波动率在绝大部分时间内低于±30kWmin.即低于10%额定功率每分钟(78kWmm)的设定值.因此可以认为满足接入电网的条件由于绝大部分时间内功率波动小于30kWmin即5%额定功率每分钟L所以系统容量上存在tIIIIIIIIIII8-10209-19-109-2010-110-IO10-2011-111-1011-2012-112-1012*20H期-定裕量可用于实现更多功能，例如削峰填谷，改善电网电能质量等功能.图5-161号机组配合750kW4h储能系统运行电池剩余电量SOC情况图577、图5-18是储能系统对14号机组进行平滑处理后的结果，平滑时间常数设为30min：图5-18显示储能系统剩余能量在运行过程中保持在5%、95%的安全区间内，剩余能量的上下限值为93.4%和14.9%,满足安全运行的要求。图5-17显示平滑后系统的波动幅度由于系统总容量增加而有所增加，波动幅度超过额定功率10%的次数与单台机组的情况相比有明显增加，但仍可基本满足并网条件。图5-19、图5-20是储能系统对15号机组进行平滑处理的结果，平滑时间常数设为30min.图5-20显示储能系统剩余能量在运行过程中已经超出了0100%的安全区间，剩余能量的上下限值为105.6%和5.5%,不满足安全运行的要求。图5T9显示平滑后系统的波动幅度由于系统总容量增加继续有所增加，波动幅度超过额定功率I(B的情况更为严重.不能满足接入电网的条件.可见750kW4h的储能系统已无法实现5台机组规模的风电场的有功功率平滑要求MWq«* 全*WWM 三爆宾 WRe*oos 修)Gff聚图5-181'4号机组配合750kW411储能系统运行电池剩余电量SOC情况图5T5、图5-20说明了储能系统选取为75OkW4h时基本能够满足4台风力发电机规模风电场的平滑要求。平滑后风电场输出有功功率每分钟变化量小于额定功率的10%。但是当风电场规模增加到56台风力发电机时（3.9468MWI.储能系统对风电场输出功率进行平滑后仍无法达到国家规定的风电场接入电网的要求同时，750kW4h的储能系统对单台机组进行平滑的结果显示储能系统具有一定的调节裕量，因此可以对储能系统功率平滑以外的功能展开研究，进一步提升储能系统的经济性，图5-21、图5-22是储能系统对1、2号机组进行平滑处理的结果，平滑时间常数设为Ik图5-22显示储能系统剩余能量在运行过程中保持在5%95%的8-108-209-19-109-2010-110-1010-20Il-III-IO11-2012-112-10I2-XHISi-求尸乂乎也个农吓挝？图5-201-5号机组配合75OkW4h储能系统运行SOC：情况安全区间内，满足安全运行的要求"但是由于系统的平滑时间常数受到系统容量的限制降低为Ih,因此图5-21显示平滑后系统的波动幅度有所增大，但是储能系统对1号机组进行平滑处理后可以保持总系统输出有功功率波动率在绝大部分时间内低于士15OkWmm.即低于10%额定功率每分钟(156kWmin)的设定值,满足接入电网的条件。3寿孤A*qfte三#宴 VM图5-21 750kW 4h储能系统平滑1, 2号机组后每分钟功率波动情况图5-22 L 2号机组配合75OkW 4h储能系统SOC情况(*uos*依<图5-23、图5-24是储能系统对13号机组进行平滑处理的结果，平滑时间常数设为30min,图5-24显示储能系统剩余能量在运行过程中保持在5%、95%的安全区间内，满足安全运行的要求。但是系统平滑时间常数受到系统容量的限制进一步降低为30min.因此图5-23显示的平滑后系统的波动幅度继续有所增加，有部分时间内波动幅度超过了额定功率的10%,但是系统输出有功功率波动率大部分时间内低于上23OkWmin,即低于10%额定功率每分钟(234kWmin)的设定值.满足接入电网的条件:8-108-209-19-109-2010-110-1010-20Il-I11-1011-2012-112-10I2-2CH期图5-24 1 -3号机组配合750kW 411储能系统SOC情况(LX3Ej农事奏 W图5-25、图5-26是储能系统对16号机组进行平滑处理的结果，平滑时间常数设为30mn图5-26显示储能系统剩余能量超出O、100%的安全区间更为严重，剩余能量的上下限值为116.0%和-25.5%,不满足安全运行的要求。图5-24显示波动幅度超过额定功率10%的情况更为严重，不能满足接入电网的条件因此750kW4h的储能系统不能够满足1、6台机组构成的风电场对有功功率进行平滑处理的要求。8-108-209-19-109-2010-110-10IC<-20Il-III-IO11-2012-1I2-IO12-20H期三526I-6号机组配合75OkW4h储能系统SOC情况增加储能系统规模至IoOOkW4h:图5-27'图5-28是储能系统对1号机组进行平滑处理的结果，平滑时间常数设为2h。图5-27显示储能系统在对1号机组进行平滑时系统能量的上限未超过90%,处于电池系统安全稳定的运行区域内。图5-28显示储能系统对1号机组进行平滑处理后总系统输出有功功率波动率低于±78kWmin,即低于10%额定功率每分钟的设定值.满足接入电网的条件与750kW4h的储能系统相比裕量更为充足.因此预计可以更好地实现一些Ss电池内余电量SOC4%)风电场输出存功功率¥分仲波动，kW7570656055504580Tyf-9一09-20-?-015-?wo-T-TS二20一2L-20-wl«H三囹',271jid当浩用吵Ioookw4h玄需洲博SoC瀛活308'0Two£9-0fMO10-1-?s-?M0='二'0-l20-2'-T-O-TNH受S528-OOOkW.Ih点燕洲藻卡通一gtiuaa3厚的港包苗步困529，困530融孤滁退第M15jid曲母0盟遇洋幅ss翔一卡*a画½30-n&'29肘N旅舞洲海由A-i3ssJL®¥6SS95/。困5I3OD÷II够嚣米博M一5加藤厚才用通浮幅而口狙博募EEJJF薇>工出月画3-4fl÷40OkW33-理卤41三w三每分钟的设定值.满足接入电网的条件:H期? w<-图5-291-5号机组配合100okW4h储能系统运行电池剩余电量SOC情况0.5I1.522.533.54图5-30100OkW4h储能系统平滑I、5号机组后每分钟功率波动情况图5-31、图5-32是储能系统对16号机组进行平滑处理的结果，平滑时间常数设为30min.图5-31显示储能系统在对1-6号机组进行平滑时系统能量的上限未超过100%,但是超过了95%,未给系统留出足够的安全裕量图5-32显示储能系统对16号机组进行平滑处理后总系统输出有功功率每分钟波动量较大，考虑到储能系统已没有足够的裕量对平滑时间常数进行调整.因此认为100OkW4h的储能系统无法满足6台风力发电机规模风电场的平滑要求4008-108-209-19-1610-1IO-而i11