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2023-06-23
无储能的调频技术优化
【摘要】：1.3.1.1 调频的由来风力发电具有不可控性，为风电场配置备用容量比起传统发电来说经济性更差，因为这些作为备用的传统发电会导致系统负荷率的进一步下降。
间歇式电源（如光伏、风电等）给电力系统带来的一个主要问题是其提供辅助服务的能力有限，尤其是参与调频的能力。由于其发电功率的波动性以及电网被强制性要求回购可再生能源发电的规则，间歇式电源通常以最大功率跟踪方式发电，而不会参与调频。
到目前为止，由于风电的并网渗透率仍然比较低，风电场调频能力的缺失还不是问题。然而，随着风电装机容量的增加，将取代一些传统的具有调频能力的火力发电，这使得风力发电提供调频等辅助服务在将来成为必要。
1.3.1.1 调频的由来
风力发电具有不可控性，为风电场配置备用容量比起传统发电来说经济性更差，因为这些作为备用的传统发电会导致系统负荷率的进一步下降。
然而，随着风力发电危及电力系统安全性的问题越来越突出，风电参与调频任重而道远。从某些风电渗透率特别高的国家现在出台的“并网导则”中，也可以预示出未来风电参与调频的可能性，尽管调频控制对于间歇式的风电来说是很有难度的。
以丹麦为例，其风电并网导则中提出了一些高级服务功能，包括风电参与维持系统频率的稳定。而在爱尔兰，由于各区域电网之间联系较弱，风电的渗透率又特别高，使得风电输出功率的波动对系统频率产生了比较大的影响[ESB04]。
1.3.1.2 调频方式
在风电场层面上进行控制，实施风电参与一次调频是可行的。本章参考文献[SOR 05]指出，当系统频率处于额定值附近时，风电场可以通过降功率运行方式以留有一定的容量来参与一次调频。位于丹麦荷斯韦夫（Horns Rev）的海上风电场就装备了特殊的控制系统，能够使风电场降功率运行，以参与电力系统的一次频率调节。当然，在额定频率之上或之下，会设置一个边界区域，当系统频率处于这个区域内时，对风电场的调频要求是不会被执行的，风力发电机组处于正常运行状态；而当频率出现明显偏差时，风电场通过调节使有功功率输出与频率的偏差呈线性关系。
风电场在正常运行时，各个风力发电机组一般以最大功率跟踪方式运行。要实现风电场的降功率运行，可以有多种不同的控制方式，如减少固定额度的功率输出，维持风电场实际输出功率与可发功率在一个固定数值上，限制风电场的功率爬坡率等。
1.3.1.3 制约因素
首先，对于风电场运营商来说，在风力不可控的情况下，任何主动的发电功率减少都会导致发电收益的非最大化。
此外，由于风电场的可用容量直接与当时各个风力发电机组所能获取的最大风能相关，风力的间歇性使得风电场功率增加的要求不一定能够得到满足（不过值得庆幸的是，由于接入电力系统不同区域的多个风电场存在发电差异性，能够在一次调频的时间尺度上实现风电场集群整体输出功率的平滑）。
上述事实引发了关于风电联合储能，参与系统一次调频的可行性研究，以实现以下目标：
1）优化风电场的经济运行。当风电场配置储能系统后，风力发电机组可以接近最大功率点运行，而储能系统以系统频率偏差为依据对风电场并网连接点处的功率进行调节（在短时间内可以按照风力机额定功率的固定比例进行功率调节）。
2）由于采用了储能系统，确保风电场在增加功率输出的同时备用容量的可信度。
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