引言根據(jù)新能源振興規(guī)劃，預(yù)計(jì)到 2020 年我國(guó)風(fēng)力裝機(jī)容量將達(dá)到 1.5 億 kW，將超過(guò)電力總裝機(jī)容量的 10%。從電網(wǎng)運(yùn)行的現(xiàn)實(shí)及大規(guī)模開(kāi)發(fā)風(fēng)電的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮，提高風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的可控性，是目前風(fēng)力發(fā)電技 術(shù)的重要發(fā)展方向

引言

根據(jù)新能源振興規(guī)劃，預(yù)計(jì)到 2020 年我國(guó)風(fēng)力裝機(jī)容量將達(dá)到 1.5 億 kW，將超過(guò)電力總裝機(jī)容量的 10%。

從電網(wǎng)運(yùn)行的現(xiàn)實(shí)及大規(guī)模開(kāi)發(fā)風(fēng)電的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮，提高風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的可控性，是目前風(fēng)力發(fā)電技 術(shù)的重要發(fā)展方向。把風(fēng)力發(fā)電技術(shù)引入儲(chǔ)能系統(tǒng)，能有效地抑制風(fēng)電功率波動(dòng)，平滑輸出電壓，提高電能質(zhì)量，是保證風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行、促進(jìn)風(fēng)能利用的關(guān)鍵技術(shù)和主流方式。

隨著電力電子學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，高效率飛輪儲(chǔ)能、新型電池儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能等中小規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步， 拓寬了儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域， 特別是在風(fēng)力發(fā)電中起到了重要作用。 儲(chǔ)能系統(tǒng)一般由兩大部分組成： 由儲(chǔ)能元件(部件)組成的儲(chǔ)能裝置和由電力電子器件組成的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)。儲(chǔ)能裝置主要實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放;PCS 主要實(shí)現(xiàn)充放電控制、功率調(diào)節(jié)和控制等功能。

1 儲(chǔ)能技術(shù)的分類(lèi)和特性

儲(chǔ)能技術(shù)有物理儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和相變儲(chǔ)能等 4 類(lèi)。物理儲(chǔ)能主要有飛輪儲(chǔ)能、抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能方式; 電磁儲(chǔ)能主要有超導(dǎo)儲(chǔ)能方式;電化學(xué)儲(chǔ)能主要有蓄電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能和燃 料電池儲(chǔ)能; 相變儲(chǔ)能主要有冰蓄冷儲(chǔ)能等[1]，[2]。

1.1 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)

飛輪儲(chǔ)能(FESS)是一種機(jī)械儲(chǔ)能方式，其基本原理是將電能轉(zhuǎn)換成飛輪運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能， 并長(zhǎng)期蓄存起來(lái)， 需要時(shí)再將飛輪運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，供電力用戶(hù)使用。

高強(qiáng)度碳素纖維和玻璃纖維材料、大功率電力電子變流技術(shù)、電磁和超導(dǎo)磁懸浮軸承技術(shù)促進(jìn)了儲(chǔ)能飛輪 的發(fā)展。飛輪儲(chǔ)能的功率密度大于 5 kW/kg， 能量密度超過(guò) 20 kWh/kg， 效率大于 90%，循環(huán)使用壽命長(zhǎng) 達(dá) 20 a，工作溫區(qū)為-40~50 ℃，無(wú)噪聲，無(wú)污染，維護(hù)簡(jiǎn)單，可連續(xù)工作。若通過(guò)積木式組合后，飛輪 儲(chǔ)能可以達(dá)到 MW 級(jí)，輸出持續(xù)時(shí)間為數(shù)分鐘乃至數(shù)小時(shí)。飛輪儲(chǔ)能主要用于不間斷電源(UPS)/應(yīng)急電源 (EPS)、電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制，國(guó)外不少科研機(jī)構(gòu)已將儲(chǔ)能飛輪引入風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)[3]。

文獻(xiàn)[4]利用飛輪儲(chǔ)能電池取代傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)和蓄電池來(lái)充當(dāng)孤島型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的電能調(diào)節(jié)器和儲(chǔ)存器， 建立了系統(tǒng)的電流前饋控制數(shù)學(xué)模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這一方法能有效地改善電能質(zhì)量， 解決 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率與負(fù)載吸收的功率相匹配的問(wèn)題。

美國(guó)的 Vista 公司將飛輪引入到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)全程調(diào)峰， 飛輪機(jī)組的發(fā)電功率為 300kW，大容量 儲(chǔ)能飛輪的儲(chǔ)能為 277 kWh，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能輸出性能及經(jīng)濟(jì)性能良好。

中國(guó)科學(xué)院電工研究所已經(jīng)研制出飛輪儲(chǔ)能用高速電機(jī); 華北電力大學(xué)研制出儲(chǔ)能 2 MJ、最高發(fā)電功率 10 kW 的準(zhǔn)磁懸浮飛輪儲(chǔ)能裝置。

飛輪儲(chǔ)能技術(shù)正在向大型機(jī)發(fā)展， 其難點(diǎn)主要集中在轉(zhuǎn)子強(qiáng)度設(shè)計(jì)、低功耗磁軸承、安全防護(hù)等方面。

1.2 超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)

超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)(SMES)利用由超導(dǎo)線(xiàn)制成的線(xiàn)圈，將電網(wǎng)供電勵(lì)磁產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，需要時(shí)再將儲(chǔ)存的能量送回電網(wǎng)。

超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)： ①可以長(zhǎng)期無(wú)損耗儲(chǔ)存能量， 能量返回效率很高; ②能量的釋放速度快，功率輸 送時(shí)無(wú)需能源形式的轉(zhuǎn)換，響應(yīng)速度快(ms 級(jí))， 轉(zhuǎn)換效率高(>96%)， 比容量(1～10kWh/kg) 和比功率(104~105 kW/kg) 大; ③采用 SMES 可調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓、頻率、有功和無(wú)功功率，可實(shí)現(xiàn)與電力系統(tǒng) 的實(shí)時(shí)大容量能量交換和功率補(bǔ)償。 20 世紀(jì) 90 年代， 在 超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)已被應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)[5]， [6]， [7]。

中國(guó)科學(xué)院電工研究所已研制出 1 MJ/0.5MW 的高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置。清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、華北電力 大學(xué)等都在開(kāi)展超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的研究。

文獻(xiàn)[5]采用電壓偏差作為 SMES 有功控制信號(hào)，在改善風(fēng)電場(chǎng)穩(wěn)定性方面具有優(yōu)良的性能。

SMES 的發(fā)展重點(diǎn)：基于高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體，研發(fā)適于液氮溫區(qū)運(yùn)行的 MJ 級(jí)系統(tǒng);解決高場(chǎng)磁體繞組力 學(xué)支撐問(wèn)題;與柔性輸電技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步降低投資和運(yùn)行成本; 結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)探討分布式 SMES 及其有效控制和保護(hù)策略。

1.3 蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)

蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(Battery Energy Storage System，BESS)主要是利用電池正負(fù)極的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行充放電，一般由電池、直—交逆變器、控制裝置和輔助設(shè)備(安全、環(huán)境保護(hù)設(shè)備)等組成。目前， 蓄電池 儲(chǔ)能系統(tǒng)在小型分布式發(fā)電中應(yīng)用最為廣泛。根據(jù)所使用化學(xué)物質(zhì)的不同，蓄電池可以分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鈉硫(NaS)電池、液流電池等[8]，[9]。

(1)鉛酸電池

鉛酸電池應(yīng)用在儲(chǔ)能方面的歷史較早， 技術(shù)較為成熟，并逐漸以密封型免維護(hù)產(chǎn)品為主，目前儲(chǔ)能容量已達(dá) 20 MW。鉛酸電池的能量密度適中，價(jià)格便宜，構(gòu)造成本低，可靠性好，技術(shù)成熟，已廣泛應(yīng)用于電力 系統(tǒng)?；诿芊忾y控型的鉛酸電池具有較高的運(yùn)行可靠性，在環(huán)境影響上的劣勢(shì)已不甚明顯， 但運(yùn)行數(shù) 年之后的報(bào)廢電池的無(wú)害化處理和不能深度放電的問(wèn)題， 使其應(yīng)用受到一定限制。

(2)鎳氫電池

與鉛酸電池相比， 作為堿性電池的鎳氫電池具有容量大、 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、 充放循環(huán)次數(shù)多的特點(diǎn)， 但價(jià)格較高。 鎳氫電池是密封免維護(hù)電池， 不含鉛、鉻、汞等有毒物質(zhì)，正常使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生任何有害物質(zhì)。北京 2008 年奧運(yùn)會(huì)使用的混合電動(dòng)車(chē)大都采用鎳氫蓄電池作為電源。鎳氫電池的自放電速度明顯大于鎳鎘電 池， 需要定期對(duì)它進(jìn)行全充電。須注意的是，鎳氫電池只有在小電流放電時(shí)才具有 80~90 kWh/kg 的高比 能量輸出，在大電流放電高功率輸出時(shí)， 其能量密度會(huì)降至 40kWh/kg 或更低。

(3)鋰離子電池

鋰離子電池比能量/比功率高、自放電小、環(huán)境友好， 但由于工藝和環(huán)境溫度差異等因素的影響，系統(tǒng)指 標(biāo)往往達(dá)不到單體水平，使用壽命僅是單體電池的幾分之一，甚至十幾分之一。大容量集成的技術(shù)難度和生產(chǎn)維護(hù)成本使這種電池在短期內(nèi)很難在電力系統(tǒng)中規(guī)?；瘧?yīng)用。

磷酸亞鐵鋰電池是最有前途的鋰電池。 磷酸亞鐵鋰材料的單位價(jià)格不高， 其成本在幾種電池材料中是最低的，而且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。磷酸亞鐵鋰比其他材料的體積要大，成本低，適合大型儲(chǔ)能系統(tǒng)。

(4)鈉硫電池

鈉硫和液流電池被視為新興、高效、具廣闊發(fā)展前景的大容量電力儲(chǔ)能電池。目前鈉硫和液流電池均已實(shí) 現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)作，MW 級(jí)鈉硫和 100kW 級(jí)液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)己步入試驗(yàn)示范階段[10]，[11]。

鈉硫儲(chǔ)能電池是在溫度 300 ℃左右充放電的高溫型儲(chǔ)能電池，負(fù)極活性物質(zhì)為金屬鈉，正極活性物質(zhì)為液態(tài)硫。

迄今為止， 只有日本京瓷公司成功開(kāi)發(fā)出鈉硫儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。鈉硫電池系統(tǒng)在電力系統(tǒng)和負(fù)荷側(cè)成功應(yīng)用 100 余套，總?cè)萘砍^(guò) 100 MW，其中近 2/3 用于平滑負(fù)荷。

日本 NEDO 支持的八仗島風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用鈉硫電池儲(chǔ)能來(lái)平滑和穩(wěn)定輸出功率。目前，鈉硫電池已被日 本列為政府資助的風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)能電源，并有具體的推進(jìn)計(jì)劃。

上海電力公司正進(jìn)行不同容量等級(jí)(10~1 000 kW) 的鈉硫電池系統(tǒng)的研制， 用于 UPS/EPS，力圖掌握核 心部件制備技術(shù)，建立標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并實(shí)現(xiàn)模塊化、規(guī)?；a(chǎn)。

(5)全釩液流電池

液流電池分多種體系， 其中全釩電池是技術(shù)發(fā)展主流。全釩液流儲(chǔ)能電池(Vanadium RedoxFlow Battery， VRB)是將具有不同價(jià)態(tài)的釩離子溶液分別作為正極和負(fù)極的活性物質(zhì)，分別儲(chǔ)存在各自的電解液儲(chǔ)罐中。 在對(duì)電池進(jìn)行充、放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，電解液通過(guò)泵的作用，由外部貯液罐循環(huán)分別流經(jīng)電池的正極室和負(fù)極室， 并在電極表面發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充放電[12]，[13]。

液流電池的儲(chǔ)能容量取決于電解液容量和密度，配置上相當(dāng)靈活，只需增大電解液容積和濃度即可增大儲(chǔ)能容量，并且可以進(jìn)行深度充放電。

日本住友電氣、加拿大 VRB 等公司進(jìn)行全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的商業(yè)化開(kāi)發(fā)。在日本共有 15 套全釩液流 儲(chǔ)能電池系統(tǒng)進(jìn)行示范運(yùn)行， 其中北海道的一套功率為 6 MW 的全釩液流儲(chǔ)能電池用于對(duì) 30 MW 風(fēng)電場(chǎng)的 調(diào)頻和調(diào)峰。

“十五”期間，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所開(kāi)發(fā)出 10 kW 全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。2008 年， 中國(guó)電 力科學(xué)研究院研發(fā)用于風(fēng)電場(chǎng)的 100kW 級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)， 并考核其運(yùn)行的可靠性和耐久性。

表 1 列出了幾種主要蓄電池的基本特性。

1.4 超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)

超級(jí)電容器(Supercapacitor)是根據(jù)電化學(xué)雙電層理論研制而成，可提供強(qiáng)大的脈沖功率，充電時(shí)處于理想極化狀態(tài)的電極表面， 電荷將吸引周?chē)娊赓|(zhì)溶液中的異性離子， 使其附于電極表面， 形成雙電荷層， 構(gòu)成雙電層電容。

超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)(SCES) 歷經(jīng) 3 代及數(shù) 10 年的發(fā)展，已形成電容量 0.5~1 000 F、工作電壓 12~400 V、 最大放電電流 400~2 000 A 的系列產(chǎn)品，儲(chǔ)能系統(tǒng)的最大儲(chǔ)能量達(dá)到了 30 MJ。在電力系統(tǒng)中多用于短時(shí)間、 大功率的負(fù)載平滑和電能質(zhì)量高峰值功率場(chǎng)合， 在電壓跌落和瞬態(tài)干擾期間提高供電水平[14]， [15]。

日本松下、EPCOS、NEC，美國(guó) Maxwell、Powerstor、Evans，法國(guó) SAFT，澳大利亞 Cap-xx 和韓國(guó) NESS 等 公司的產(chǎn)品， 幾乎占據(jù)了整個(gè)超級(jí)電容器市場(chǎng)。

2005 年，美國(guó)加利福尼亞州建造了 1 臺(tái) 450kW 的超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置，用以減輕 950 kW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 向電網(wǎng)輸送功率的波動(dòng)。

2005 年， 由中國(guó)科學(xué)院電工所承擔(dān)的“863”項(xiàng)目， 完成了用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的 300 Wh/1 kW 超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)工作。

文獻(xiàn)[16]提出了一種將串、并聯(lián)型超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于基于異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的新思路，該儲(chǔ)能系統(tǒng)可同時(shí)雙向、 大范圍、 快速調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率， 很好地改善了風(fēng)電的電能質(zhì)量和穩(wěn)定性。

1.5 其它儲(chǔ)能形式

除了上述的幾種儲(chǔ)能方式外, 在電力系統(tǒng)中還應(yīng)用較多的儲(chǔ)能方式，有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和氫燃料 電池儲(chǔ)能等。

抽水蓄能裝置(Pumped Hydro Storage)在現(xiàn)代電網(wǎng)中大多用來(lái)調(diào)峰， 在集中式發(fā)電中應(yīng)用較多。受地理 條件限制，絕大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)不具備建抽水蓄能電站的條件。

壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)是一種調(diào)峰用燃?xì)廨啓C(jī)，對(duì)于同樣的電力輸出，它所消耗的燃?xì)庖瘸Ｒ?guī)燃?xì)廨啓C(jī) 少 40%。100 MW 級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)成熟， 利用渠式超導(dǎo)熱管技術(shù)可使系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 90%。大容量 和復(fù)合化發(fā)電將進(jìn)一步降低成本。 隨著分布式能量系統(tǒng)的發(fā)展以及減小儲(chǔ)氣庫(kù)容積和提高儲(chǔ)氣壓力至 10~14 MPa 的需要，8~12 MW 微型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(micro-CAES)已成為研究熱點(diǎn)[17]。

美國(guó)愛(ài)荷華州的 CAES 蓄能項(xiàng)目采用風(fēng)能和低谷電組合來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組， 將空氣壓縮至地下含水層，發(fā)電 裝機(jī)容量為 200 MW，風(fēng)能發(fā)電裝機(jī)容量為 100 MW。

氫燃料電池是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。為了實(shí)現(xiàn)氫氣作為能源載體的應(yīng)用，必須解決氫的廉價(jià)制取、安全高效儲(chǔ)運(yùn)以及大規(guī)模應(yīng)用這 3 個(gè)問(wèn)題。未來(lái)氫能的廣泛應(yīng)用很可能改變風(fēng)電場(chǎng)的職能， 風(fēng) 電場(chǎng)可能成為大型的氫制造廠(chǎng)，為氫燃料電池電站及氫燃料電池汽車(chē)提供氫。目前，燃料電池價(jià)格還很昂貴，距離大規(guī)模應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。

2 各種儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用前景分析

在各種儲(chǔ)能技術(shù)中， 抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能比較適用于電網(wǎng)調(diào)峰;電池儲(chǔ)能和相變儲(chǔ)能比較適用于中 小規(guī)模儲(chǔ)能和用戶(hù)需求側(cè)管理; 超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能比較適用于電網(wǎng)調(diào)頻和電能質(zhì)量保障; 超級(jí)電 容器儲(chǔ)能比較適用于電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能和混合儲(chǔ)能。圖 1、圖 2 是根據(jù)美國(guó)電力儲(chǔ)能協(xié)會(huì)提供的資料給出的各 種儲(chǔ)能技術(shù)的功率、能量和成本比較。

成本過(guò)高是限制儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中大量推廣應(yīng)用的共同問(wèn)題，提高能量轉(zhuǎn)換效率和降低成本是今后儲(chǔ) 能技術(shù)研究的重要方向。隨著風(fēng)力發(fā)電的不斷發(fā)展和普及， 各種儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步， 儲(chǔ)能技術(shù)將在風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)中得到更加廣泛的應(yīng)用。

在風(fēng)力發(fā)電中， 儲(chǔ)能方式的選擇需考慮額定功率、橋接時(shí)間、技術(shù)成熟度、系統(tǒng)成本、環(huán)境條件等多種因 素。風(fēng)電場(chǎng)的儲(chǔ)能首先要實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量管理功能，超級(jí)電容器、高速飛輪、超導(dǎo)、鈉硫和液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能使風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率平滑，在外部電網(wǎng)故障時(shí)能夠提供電壓支撐， 維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定;其次，鉛酸電池、 新型鈉硫和液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有調(diào)峰功能，比較適合風(fēng)電的大規(guī)模儲(chǔ)存。

采用超級(jí)電容器和蓄電池、超導(dǎo)和蓄電池、超級(jí)電容器和飛輪組合等混合式儲(chǔ)能系統(tǒng)， 能夠兼顧電能質(zhì)量 管理和能量管理， 提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，是比較可行的儲(chǔ)能方案。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)始這方面的研究[18]， [19]。

3 功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)，是實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能單元與負(fù)載之間的雙向能量傳遞， 將儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電力系統(tǒng)的重要設(shè) 備。根據(jù)儲(chǔ)能裝置所處位置的不同，PCS 主要有以下的結(jié)構(gòu)形式和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(圖 3)[20]。

3.1 單臺(tái)風(fēng)機(jī)直流側(cè)并聯(lián) PCS

單臺(tái)風(fēng)機(jī)直流側(cè)并聯(lián) PCS 的優(yōu)點(diǎn)是可以利用風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)有的功率單元(圖 3a)。

對(duì)于直驅(qū)型的永磁同步發(fā)電機(jī)， 交流電通過(guò)全功率變流后接入電網(wǎng)， 儲(chǔ)能單元通過(guò) PCS 并聯(lián)于直流母線(xiàn)側(cè)， 可以與發(fā)電機(jī)共用 DC/AC 逆變單元， 實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的聯(lián)接。對(duì)于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，PCS 也可以并聯(lián)在轉(zhuǎn)子 直流母線(xiàn)側(cè)， 這時(shí)需要加大網(wǎng)側(cè)變流器(DC/AC)的功率，以便于儲(chǔ)能單元的功率回饋到電網(wǎng)。

3.2 風(fēng)電場(chǎng)交流側(cè)并聯(lián) PCS

PCS 的安裝位置一般在風(fēng)電場(chǎng)出口處的低壓側(cè)(圖 3b)。

每臺(tái)風(fēng)機(jī)所處位置的風(fēng)速不同，而風(fēng)電場(chǎng)自身具有一定的功率平滑功能， 采用風(fēng)電場(chǎng)交流側(cè)并聯(lián) PCS 結(jié) 構(gòu)，PCS 的總功率有所降低， 需要雙向 AC/DC 變流器;儲(chǔ)能單元集中放置，便于維護(hù)和擴(kuò)容。

3.3 風(fēng)電場(chǎng) HVDC 輸電直流側(cè)并聯(lián) PCS

風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)電壓源高壓直流(VSC-HVDC)輸電并網(wǎng)。由于 VSC-HVDC 系統(tǒng)具有立即導(dǎo)通和立即關(guān)斷的控制閥， 通過(guò)對(duì)控制閥的開(kāi)和關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流側(cè)電壓幅值和相角的控制， 從而達(dá)到獨(dú)立控制有功功率和無(wú)功功率的目的， 且換流站不需要無(wú)功補(bǔ)償、不存在換相失敗等問(wèn)題。這些特點(diǎn)使得 VSC-HVDC 技術(shù)在連接風(fēng)電場(chǎng)并 網(wǎng)方面具有一定的優(yōu)越性，特別適用于需要長(zhǎng)距離傳輸?shù)暮Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)[21]。 PCS 并聯(lián)在 VSC-HVDC 系 統(tǒng)的直流母線(xiàn)上(圖 3c)，通過(guò)控制儲(chǔ)能單元的充放電功率，使其補(bǔ)償風(fēng)能的波動(dòng)，從而使風(fēng)電通過(guò)直流輸電注入到電網(wǎng)的功率穩(wěn)定。

3.4 混合儲(chǔ)能系統(tǒng) PCS 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

采用超級(jí)電容器和蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的 PCS 主要有 2 種結(jié)構(gòu)：一種是兩者都通過(guò) DC/DC 并聯(lián)于直流母 線(xiàn)側(cè); 另一種是通過(guò)蓄電池單元的適當(dāng)串并聯(lián)，蓄電池直接并聯(lián)在直流母線(xiàn)上，節(jié)省了一組 DC/DC 變流 器(圖 4)。

文獻(xiàn)[19]把超級(jí)電容器和全釩液流電池用于 PMSG 直流側(cè)儲(chǔ)能， 超級(jí)電容器用來(lái)處理瞬時(shí)大功率問(wèn)題， 從 而降低全釩液流電池容量 55%， 減少全釩液流電池深度放電次數(shù) 8%， 延長(zhǎng)了電池壽命，減低電池?fù)p耗 15%， 提高了系統(tǒng)效率。在超級(jí)電容和蓄電池的容量匹配和控制策略上， 還需要進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

研發(fā)高效儲(chǔ)能裝置及其配套設(shè)備， 使之與風(fēng)電/光伏發(fā)電機(jī)組容量相匹配，支持充

放電狀態(tài)的迅速切換，確保并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，已成為可再生能源充分利用的關(guān)鍵。隨著風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的不斷發(fā)展，各種儲(chǔ)能 技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，第二代高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能、高速飛輪儲(chǔ)能、全釩液流和鈉硫儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能等技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。

目前， 電力儲(chǔ)能系統(tǒng)推廣應(yīng)用的最大障礙在于國(guó)外少數(shù)企業(yè)的技術(shù)壟斷，由此造成其價(jià)格高企。要推動(dòng) 電力儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)中的規(guī)模化應(yīng)用，一靠掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，使其價(jià)格大幅下降;二靠政府的政策鼓勵(lì) 和資金推動(dòng)。如果能實(shí)現(xiàn)電力儲(chǔ)能系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化，使其成本達(dá)到或接近應(yīng)用水平，那么風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求將迅速加大。 混合式儲(chǔ)能技術(shù)將在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)，先進(jìn)的電力電子技術(shù)和控制技術(shù)也將得到發(fā)展 與應(yīng)用。

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