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摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，分析了我国新能源场站发展形势，探讨了储能技术在新能源电站并网中的作用，提出将蓄电池与飞轮混合使用，构建了基于混合储能的新能源场站并网系统。
关键词：风力发电；光伏电站；并网运行；储能技术；混合储能
引言
随着化石燃料的逐渐枯竭和环境污染的日益加重，以风电和光伏为代表的可再生能源电站在世界范围内得到了迅猛的发展。为进一步促进节能减排、确保能源安全，我国政府承诺：截至2020年，全社会总能源消费中至少要有15%来自非化石燃料，由于我国政策扶持（《可再生能源法》等）以及自身优势，国内光伏及风力发电发展势头迅猛。根据国家能源局发布2019年全国电力工业统计数据，截止2019年底全国累计并网风电容量达到210GW，并网光伏容量达到204GW。新能源已成为近20个省级电网的第二大电源，由此可预见，未来一段时间内，并网可再生能源电站的容量将呈现出稳步增长的趋势。受输入一次能源限制，并网可再生能源电力呈现出固有的间歇性特性。现有研究表明：间歇性可再生能源电站并网将对电网产生一定的负面影响，如降低发电系统可靠性，增加系统调度复杂程度，降低系统运行效益等。此外，受诸多因素影响，可再生能源电力还呈现出较强的波动特性，如受云层遮挡、光照强度波动等因素的影响，光伏电站出力将呈现波动性。而由于受塔影效应、偏航误差、风剪切效应及风机切换操作等因素的影响，风电也呈现出剧烈波动的趋势。若不加控制，可再生能源电力的剧烈波动可能会导致并网点（Point Of Common Coupling，PCC）的一系列电能质量问题，进而威胁电网的安全稳定运行。在新能源的并网过程中，在出口侧安装储能装置可以平抑输出功率的波动，将部分新能源转化为可以调度的电源，不仅减少了电力系统的冲击，将电能储存起来以供不时之需，也提高了系统的调频能力和虚拟惯量响应能力，同时提升了系统的稳定性，还为系统电压提供支撑，改善了电能质量。由此看来，储能技术是目前解决电网中新能源穿透率持续增加等问题的较好方案。同样的，对新能源电力系统中的储能技术进行研究，具有积极的社会意义。
1新能源场站并网面临的主要困难
1.1一次调频
一次调频指电力系统因有功功率不平衡引起系统频率变化时，当频率偏差超过调频死区，发电机组启动调速器，调整传统发电机组的有功出力，降低系统频率偏差的过程。一次调频作用于电力系统发生频率事件（负荷突变、机组脱网）初始阶段，对于抑制系统频率偏差、保障电力系统的频率稳定和质量至关重要。
目前常规的风电及光伏发电机组，基本不具备一次调频的能力。对于这风电机组，难以凭借自身性能进行一次调频，协助电网系统平衡功率波动，需要采用其他技术协助参与一次调频，具体技术分为控制风电机组输出功率、预留调频备用容量这两种。但以上控制方式或者减小了风电场的正常输出，降低了风电场的经济性，或者降低了机组的正常使用寿命，减少了可靠发电时间，造成了弃风现象。因此单独依靠新能源发电机组完成调频任务难度较高且不具备经济性。
1.2虚拟惯量响应
虚拟惯量响应主要应用于当电网频率变化率超过阈值时，为系统提供快速、短时的转动惯量支撑，防止级联事故的发生，是一次调频等主动支撑技术的有效补充。虚拟惯量响应要求机组在极短的时间内进行大功率的频率响应，一般响应时间要求不超过500ms。
由于光伏及风电发电技术的特性（随机性、波动性、间歇性、反调特性、低出力概率高、可信装机容量低等等）以及发电机组本身的特性（直流-逆变），使得新能源发电机组难以像传统火电机组的同步发电机那样具有较大的转动惯量，因此难以独立完成虚拟惯量响应的指标要求。
2储能技术介绍
2.1储能技术分类
针对能源的存储方式主要有三种，分别是电化学储能、机械储能以及电磁储能。其中，机械储能涵盖存压缩空气储能、飞轮储能、抽水储能等；电磁储能涵盖有：电容储能、超级电容储能、超导储能等；电化学储能涵盖有：锂离子电池、液流电池、钠硫电池、铅碳电池、铅酸电池等。
表1储能技术对比
2.2储能技术对比
（1）飞轮储能在技术原理上与具有转动惯量的常规电源相似，是理想的一次调频及虚拟惯量响应等主动支撑需求的技术路线，循环充放电次数可达 200 万次，可频繁的进行快充、快放操作。
（2）锂电池技术储能容量及功率适中，技术成熟，投资成本相对较低；但充放电循环寿命平均约 7000 次，而一次调频负荷变化周期短、波动频繁，每天最多可达上百次，锂电池无法独立支撑一次调频高频次充放电的应用需求，需要与其他储能设备互补。
（3）超级电容技术寿命可达数十万次，响应时间、功率密度等参数均衡，但在兆瓦级规模下的系统可靠性尚不稳定且电压不均衡、自放电过快，目前仍不适用于新能源场站大规模接入。
3光伏发电系统中储能技术应用
3.1提供虚拟惯量响应
光伏发电机组本身不具备虚拟惯量响应能力，通过增加储能系统，基于虚拟同步发电机的光储联合系统协调控制策略，能够有效提供虚拟惯量和动态频率支持，提高系统稳定性。
3.2提高电网运行的经济性和安全性
我国的西部地区有着严重的弃光限电问题，使得光伏发电系统的发电效率不高，为了对未被利用的光照问题进行解决，可以通过储能系统在光伏系统的发电能力不够限电阈值的时候，来将其所储存的多余的功率运送至电网中，进而解决光照利用率低的问题。
3.3储能方案的选择
综合考量，可以采用“锂电池加飞轮储能”的混合储能系统，由飞轮储能的快速响应能力和大功率特性，实现光伏发电系统的虚拟惯量响应；由锂电池能量密度高，造价相对较低的特点来实现电能的存储，进而提高光伏并网运行的经济性和可靠性。
4风电并网中储能技术应用
4.1提高风电低压穿透力
低电压穿越（Low voltage ride through，LVRT）问题是风电发展过程中最为常见的难题，时刻影响着整个系统的稳定性。要提高系统LVRT 能力，需要从两个方面入手。首先，要不断改进系统的控制策略；其次是增加硬件设备投入来实现LVRT的提高。两种方式各有利弊，后者投入更大，是当前主要方法。通常，电力系统会通过配置储能系统（Energy Storage Solution，ESS）来提高LVRT能力。由于电网的故障暂态短，因此，储能系统需要具备快速反应能力，同时能够在电网故障的情况下有效挂网运行。
4.2 降低风电的功率波动
风电输出功率波动和风电的难以控制，是风电入网稳定性差、风力发电电能质量不高以及电能调度的经济效益不高的重要原因。而在风电系统中适当配置ESS，并制定出科学合理的控制制度措施，可以有效平抑风电的功率波动问题，减少风速随机变更对电力输出产生的消极影响。抑制风电功率异常波动均采用若干单位组合的储能单元来构成ESS，通过优化储能单元的控制措施，实现最小化的储能容量与最大化的使用寿命周期，都是风电并网中储能技术应用研究过程中值得关注的问题。
4.3 控制风电系统的频率
由于风电能输出过程中具有较大的随机性以及电量爬坡特性，常规的电力系统控制措施难以对其做出精准预测和有效控制，而且风电电网的频率变化相应更加难以捉摸，这就无限加大了电网调频的难度。而ESS拥有快速功率反应能力，而且能在正反双向调节功率。
4.4储能方案的选择
关于储能技术的选择，建议采用“锂电池加飞轮储能”的混合储能系统构成ESS，通过飞轮储能系统体积小易部署、单台功率大、响应速度快等特点，结合锂电池能量密度大、技术成熟、造价低等优势，解决目前风力发电中存在的低电压穿越、功率波动、频率响应等问题。
结语
本文分析了在发电网中接入光伏及风力发电而带来的一系列的影响，并且对各种有效的储能方式的应用进行了探讨与总结。同时，还对储能方式在新能源发电系统的应用而带来的影响，除此之外本文还对新能源的应用和开发的进行了探讨，以其对日后的工作产生一定的参考作用。由于电网受环境的影响较大，输出具有不稳定性的特点。光伏发电对配电网的电压波动、电能质量和继电保护装置都有不可避免的影响。
参考文献：
[1]张兴科.光伏并网发电功率波动与对策[J].电网与清洁能源，2011，27（06）：55-60.
[2]刘世林，文劲宇，孙海顺，等.风电并网中的储能技术研究进展[J].电力系统保护与控制，2013（23）：145-153.