基于储能需求的风力发电和光伏发电并网策略

引言

随着社会经济快速发展，各行业对电力能源的需求旺盛，传统供电模式会造成一定的环境污染，因此，对清洁电力能源的探索势在必行。光伏发电和风能发电是可再生的清洁能源，对能源转型意义重大。若将两者融合，整合优势，实现互补优化，既能提高发电的持续性、可靠性与稳定性，又可推动能源结构向低碳环保方向转变。

1 光伏与风力发电互补上网的概念与原理

光伏与风力发电互补上网是指将光伏发电系统和风力发电系统有机结合，通过合理的能量调配和控制，将二者产生的电能输送至电网的技术模式。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转变为电能。而风力发电则是把风的动能转换为机械动能，再通过发电机将机械动能转化为电能。由于太阳能和风能在时间和空间上具有一定的互补性，例如白天光照充足时光伏发电量大，而夜间可能风力较大适合风力发电，因此将二者联合起来，可以在一定程度上平滑功率输出，减少单一能源发电的间歇性和波动性对电网的影响，提高供电的稳定性和可靠性。

2 不同场景下的储能需求类型

为了减少风电和光伏功率波动对电网的影响，需要储能系统在发电功率快速变化时进行快速响应。在发电功率突然增大时，储能系统吸收多余的电能；在发电功率突然减小时，释放储存的电能，从而平滑发电功率曲线，使输出功率更加稳定。削峰填谷场景在用电高峰时段，电网负荷需求大；而在用电低谷时段，负荷需求小。储能系统可以在用电低谷时段储存风电和光伏发出的多余电能，在用电高峰时段释放电能，满足电网的负荷需求，实现削峰填谷，提高电网的运行效率和经济性。

3 并网策略设计

3.1 设计新型配电体系

光伏发电与风力发电流畅、稳定并网需要结合新能源发电的局部区域特征以及电力系统的标准化运行要求，合理选择并网方式、科学设计容量参数，提高新型配电体系设计的科学性与实用性。例如，针对新能源发电系统并网在不同时间尺度内的功率不平衡问题，应引入分布式储能技术合理调节新能源发电系统的输出功率，缓解电力系统调峰调频的压力。常见的分布式储能技术，如储能调峰调频技术、稳定性与电能质量增强技术、微电网技术等，以微电网技术为例，通过分布式电源、储能装置、能量转换装置等构建小型风力发电、光伏发电微电网，实现新能源发电系统与电力系统的功率互济与调度优化。

3.2 功率平滑与稳定控制策略

① 平滑功率波动：风电和光伏的功率波动是影响电网稳定性的主要因素之一。为了平滑功率波动，可以采用储能系统与发电设备的协同控制策略。通过实时监测发电功率的变化，储能系统根据预先设定的控制规则，快速调整其充放电功率。例如，当发电功率快速上升时，储能系统以一定的功率进行充电，吸收多余的电能；当发电功率快速下降时，储能系统以相应的功率放电，补充不足的电能。这样可以使发电功率的变化更加平缓，减少对电网的冲击。 ② 稳定电压和频率：功率波动还会导致电网电压和频率的不稳定。为了稳定电压和频率，储能系统可以参与电网的调压和调频控制。在电压控制方面，当电网电压过高时，储能系统可以吸收无功功率，降低电压；当电网电压过低时，储能系统可以发出无功功率，提高电压。在频率控制方面，当电网频率下降时，储能系统可以快速放电，增加有功功率输出，提高频率；当电网频率上升时，储能系统可以快速充电，减少有功功率输出，降低频率。 ③ 控制算法：为了实现功率平滑和稳定控制，可以采用多种控制算法，如比例 - 积分 - 微分（PID）控制算法、模糊控制算法、模型预测控制算法等。这些控制算法可以根据不同的应用场景和控制要求进行选择和优化。例如，PID 控制算法具有结构简单、易于实现的优点，适用于对控制精度要求不高的场合；模糊控制算法具有较强的鲁棒性和适应性，适用于非线性、不确定性系统的控制；模型预测控制算法可以根据系统的预测模型，提前规划控制策略，具有较好的控制效果，但计算复杂度较高。

3.3 并网与消纳优化策略

前面已经提到，光伏、风能发电融合项目需要并入电网才能带来收益，也才能发挥供电作用。为解决并网与消纳问题，首先要提升电网的适应性，通过增加电网设施投资，加快电网智能化升级改造，提升电网接纳光伏、风能的能力；建设柔直输电工程，将可再生能源进行远距离大容量传输；推广应用智能电网技术、分布式能源管理、微电网技术等，增强电网灵活性和稳定性；建立健全电网企业、发电企业之间协调运行机制，强化电力调度管理，优化电力供需平衡。其次要多渠道促进电力消纳，继续建立健全电力市场化机制，打造跨地区的电力市场交易平台，促进可再生能源电力的优化配置；加快电力需求侧管理，大力推进智能电表、智能家电技术，引导用户合理用电、削峰填谷，以提高电力系统的负荷率；增加储能设施建设，充分发挥储能系统对电力消纳与供需平衡的调节作用；通过发展分布式能源、鼓励电动汽车充电等手段，增加用电需求量，以此缓解光伏、风能发电的电力消纳问题。

3.4 加强并网过程检测

针对光伏发电与风力发电并网时易出现的孤岛效应，应加强对并网过程的主动、被动检测，切实提高新能源发电系统对电力系统运行状况的监测与信息获取能力，以便及时发现并网异常、提高并网过程的流畅性。具体实施时，可利用被动检测、开关检测、主动检测等方法对光伏发电与风力发电的电压、频率、相位等电力参数幅值加以全天候监测，对逆变器等装置设备的工作状态进行全天时监测，确保光伏发电与风力发电并网的流畅度与稳定性。在并网过程检测时，可在并网环节插入阻抗，有效规避电力系统故障后新能源发电系统持续输送电力能源对电网装置设备产生的负面影响，切实保证故障发生后第一时间切断光伏发电与风力发电。

3.5 储能与电网交互协调策略

① 信息交互：储能系统与电网之间需要进行实时的信息交互，以便实现协调运行。信息交互的内容包括电网的负荷需求、电压、频率等运行参数，以及储能系统的充放电状态、剩余容量等状态信息。通过信息交互，电网可以根据储能系统的状态合理安排其参与电网调节的任务；储能系统也可以根据电网的需求及时调整其充放电策略。 ② 协调控制：储能系统与电网的协调控制可以采用集中控制和分散控制相结合的方式。集中控制由电网调度中心统一指挥，根据电网的整体运行情况和储能系统的分布情况，制定全局的协调控制策略。

结语

风力发电和光伏发电基于储能需求的并网策略，为解决可再生能源并网难题提供了可行方案。通过合理的储能配置和有效的调度控制策略，可提升发电质量和电网接纳能力。尽管该策略具有显著优势，但在实际应用中仍面临成本、技术等挑战。未来需进一步优化策略，降低储能成本，提高储能技术性能，以促进风力发电和光伏发电大规模高效并网，推动能源清洁低碳转型。

参考文献：

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