风电并网处加入储能管理系统的研究

安科瑞 刘迈

　　摘要：在风电并网处加入储能系统，可以有效地平滑风力发电系统的并网功率，满足电网规定的波动范围。而基于储能荷电状态反馈的储能控制策略，可以在保证并网功率要求的同时，尽量避免储能电池过度充/放。基于预测未来风功率变化评估功率波动水平，并结合储能当前荷电状态，利用模糊控制器调节储能系统出力，在保证风电平滑前提下，减少储能电池进入平抑能力死区时间，维持储能系统平抑波动水平。风电并网储能是提升新能源消纳能力、保障电网稳定运行的关键技术，当前主要应用场景包括平滑出力波动、调频调压、削峰填谷及备用容量支撑。如何通过储能能量管理系统（EMS）实现上述功能并保证系统安全、可靠、经济运行，已成为风电集成厂家及电网运营方关注的重点，而作为储能设备“大脑"的EMS也成为其中关键的一环，市场需求逐年增加。

　　关键词：风功率预测；能量管理；储能技术；应用

　　引言

　　随着全球能源转型和新型电力系统的构建，风能作为规模化开发潜力的可再生能源之一，其装机容量持续快速增长。然而，风电出力具有显著的间歇性、波动性和随机性，大规模风电并网对电网频率稳定、电压支撑及调度计划带来严峻挑战。在风电并网点配置储能系统，能够有效平抑功率波动，提升风电并网电能质量，是解决上述问题的有效途径。尤其在2023年，国家能源局组织发布《新型电力系统发展蓝皮书》，明确提出构建新型电力系统的总体架构和重点任务，强调持续推进新能源微网示范工程及储能规模化布局应用体系建设，为“风电+储能"联合运行模式提供了强有力的政策支持。

　　1、新型电力系统下的风电并网储能技术价值

　　新型电力系统是以太阳能、风能等可再生能源为主导的电力系统，具有安全可靠、清洁低碳的优势，能为碳达峰、碳中和提供支持。储能技术是新型电力系统应用的关键，决定着新能源发电的并网效果。在风电并网场景下，其应用价值如下：① 平滑功率波动，提升并网友好性。风电机组出力受风速变化影响，秒级至分钟级功率波动剧烈，易造成并网点电压闪变和频率偏差。储能系统具备快速充放电能力，可实时补偿功率差额，使并网功率满足电网规定的变化率限值（如1分钟和10分钟波动率要求），改善风电并网电能质量。② 提升风能消纳能力，减少弃风。在风资源丰沛但电网调峰能力不足时段（如夜间用电低谷），储能系统可将多余风电储存起来，在负荷高峰时释放，从而减少弃风限电，提高风能利用率。配合风功率预测，可实现储能充放电策略的提前优化，吸纳绿色电力。③ 提供调频、调压及备用支撑。储能系统具有毫秒级响应速度，可参与电网一次调频和二次调频，同时通过无功调节支撑并网点电压。在电网故障或风电机组脱网时，储能可作为应急备用电源，提升局部电网的韧性。

　　2、研究现状

　　在新型电力系统加速建设的背景下，风电并网储能技术将呈现以下发展趋势：一是预测-控制深度融合。未来储能控制策略将高度依赖高精度风功率预测技术，结合数值天气预报（NWP）和机器学习算法，提前预判未来数小时至数日的出力趋势，进而优化储能充放电计划，实现“预测驱动"的主动平抑，而非“事后补偿"的被动响应。二是多时间尺度协调控制。风电波动涵盖超短期（秒~分钟）、短期（小时）和长期（日~季节）多个尺度。储能系统需与风电机组自身的有功控制、无功调节以及电网调度指令相协调，形成多时间尺度分层控制架构，兼顾快速波动抑制与能量平衡管理。三是储能多元配置与容量优化。针对不同风电场址的风资源特性，合理配置储能功率等级与容量，探索锂离子电池、全钒液流电池、飞轮储能等多元技术组合，以经济性为目标，兼顾平抑效果与寿命损耗，推动风电并网储能向高效化、规模化方向迈进。

　　3、Acrel-2000ES储能柜能量管理系统

　　3.1系统概述

　　安科瑞储能能量管理系统Acrel-2000ES，专门针对工商业储能柜、储能集装箱研发的一款储能EMS，具有储能监控与管理功能,涵盖了储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息,实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表等功能。在*级应用上支持能量调度,具备计划曲线、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

　　3.2系统结构

　　Acrel-2000ES，可通过直采或者通过通讯管理或串口服务器将储能柜或者储能集装箱内部的设备接入系统。系统结构如下：

3.3系统功能

　　3.3.1实时监测

　　系统人机界面友好，能够显示储能柜的运行状态，实时监测PCS、BMS以及环境参数信息，如电参量、温度、湿度等。实时显示有关故障、告警、收益等信息。

　　3.3.2设备监控系统能够实时监测PCS、BMS、电表、空调、消防、除湿机等设备的运行状态及运行模式。

　　PCS监控：满足储能变流器的参数与限值设置；运行模式设置；实现储能变流器交直流侧电压、电流、功率及充放电量参数的采集与展示；实现PCS通讯状态、启停状态、开关状态、异常告警等状态监测。

　　BMS监控：满足电池管理系统的参数与限值设置；实现储能电池的电芯、电池簇的温度、电压、电流的监测；实现电池充放电状态、电压、电流及温度异常状态的告警。

　　空调监控：满足环境温度的监测，可根据设置的阈值进行空调温度的联动调节，并实时监测空调的运行状态及温湿度数据，以曲线形式进行展示。

　　UPS监控：满足UPS的运行状态及相关电参量监测。

　　3.3.3曲线报表

　　系统能够对PCS充放电功率曲线、SOC变换曲线、及电压、电流、温度等历史曲线的查询与展示。

3.3.4策略配置

　　满足储能系统设备参数的配置、电价参数与时段的设置、控制策略的选择。目前支持的控制策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制等。

3.3.5实时报警

　　储能能量管理系统具有实时告警功能，系统能够对储能充放电越限、温度越限、设备故障或通信故障等事件发出告警。

3.3.6事件查询统计

　　储能能量管理系统能够对遥信变位，温湿度、电压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

3.3.7遥控操作

　　可以通过每个设备下面的红色按钮对PCS、风机、除湿机、空调控制器、照明等设备进行相应的控制，但是当设备未通信上时，控制按钮会显示无效状态。

3.3.8用户权限管理

　　储能能量管理系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

4、相关平台部署硬件选型清单

　　5、结语

　　虽然可再生能源在电力系统中的应用能够在为社会提供大量电能的同时还能缓解环境污染和资源短缺的问题，不过由于可再生能源的应用稳定性相对较低，因此要采用虚拟电厂来提高电网供电的稳定性。其中储能技术作为虚拟电厂应用的重要技术之一，随着现代技术的不断发展和变革，新技术的应用以及储能技术在发电产业当中的普及，让储能技术必将进一步发挥虚拟电厂以及可再生能源发电的优势，以确保可再生能源发电能设备够更加安全、稳定地运行。

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