2 储能系统的类型选取
储能系统的类型选取是储能风电平滑策略及功率容量配置方法的前提,而风电波动限制指标及储能系统功率特性是影响储能系统类型选取的关键因素。为此,本节根据风电波动限制指标及储能系统功率特性,给出了平抑不同时间尺度风电功率波动的储能系统参考类型。
为定量描述风电功率波动,现有研究提出了给定时间尺度风电功率最大波动量、相邻采样时刻风电功率波动量及归一化标准差等评价指标。给定时间尺度风电功率最大波动量,从时间尺度、波动幅值两个维度对风电功率波动进行描述。相邻采样时刻风电功率波动量,多反映风电功率的爬坡速率。归一化标准差本质为标准差的标幺值,基准值为风电场装机容量。该指标越大,风电波动越明显,反之亦然。
目前,不同国家多采用给定时间尺度风电功率最大波动量,作为风电波动限制指标。该指标的时间尺度和波动幅值分别对储能系统的功率特性和存储容量提出了要求。因此,储能系统的类型选取应重点关注储能系统的功率特性。表2给出了主要储能系统的功率特性指标。
当平抑短时间尺度(1 min以下)风电功率波动时,对储能系统的响应时间、循环次数提出了较高要求,多采用超级电容储能、飞轮储能及超导磁储能;当平抑较长时间尺度(数min到数10 min)风电功率波动时,对储能系统的能量密度提出了较高要求,多采用锂电池、铅酸电池及液流电池等电池储能;压缩空气储能、抽水蓄能虽然技术成熟,但由于其对地理环境的特殊要求以及其典型放电时间与平滑风电出力时间尺度的不匹配,两者不适合配置在风电场端口平滑风电出力。此外,当需平抑多个时间尺度的风电功率波动时,多采用混合储能系统,例如超级电容与电池混合储能系统。
综上,虽然根据风电波动限制指标及储能系统功率特性,可得到平抑不同时间尺度风电功率波动的储能系统参考类型,但储能系统最终类型的确定还需结合储能系统的风电平滑策略及功率容量配置方法进行综合分析。
3 储能系统的风电平滑策略
图2给出了储能系统平滑风电出力的基本流程。首先获取风电目标出力,随后综合风电功率及风电目标出力确定储能初始功率计划,并通过能量状态反馈控制予以修正,最终在储能内部单元间进行功率分配,确定各单元充放电功率指令。其中,获取风电目标出力、能量状态反馈控制是风电平滑策略的核心。
3.1 获取风电目标出力
风电目标出力是指经储能系统平滑后期望得到的风电功率。风电目标出力的获取方法与储能系统的风电平滑策略密切相关。目前,风电平滑策略可分为两类：直接平滑策略与间接平滑策略。两者区别在于平滑后能否实现风电调度,其中风电调度是指风电功率在给定时间窗口内为一定值。由于前者仅需满足风电波动限制指标要求,所需储能功率容量较小,而后者需实现风电调度,所需储能功率容量较大。基于此,风电目标出力的获取方法也相应分为两类：直接平滑策略的风电目标出力获取方法与间接平滑策略的风电目标出力获取方法。
3.1.1 直接平滑策略的风电目标出力获取方法
风电目标出力获取方法主要包括以下几种：一阶滤波、卡尔曼滤波及小波滤波等滤波控制算法,滑动平均、加权移动平均及模型预测控制等其他控制算法。
