1、电力建设童点理论研究第33卷第7期2012年7月电池储能聚统平滑风电功率控制策略崭文涛 ， 马会萌 ， 谢志佳(中国电力科学研究院,北京市100192)摘要:风电功率具有随机性与波动性 ， 为减小风电功率波动对电网带来的不利影响、减小风电功率分钟级的波动量. 采取一阶低通滤波器并利用电池储能系统对风电功率进行平滑控制 。
根据风电功率的平滑效果选取合适的平滑时间 常数分析储能容量与平滑时间常数之间的关系 ， 并根据单位储能平滑率选取合适的储能平滑时间常数 ， 可为风电场通 过配置储能系统平滑风电功率提供参考 ， 关键词:风功率波动；电池储能系统；平滑控制；储能容量Wind Power Smoothing Control。

2、Strategy of Battery Energy Storage SystemJIN Wentao, MA Huimeng, XIE Zhijia(China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)ABSTRACT: Wind power has the characteristics of randomness and fluctuation. In order to reduce the bad influence of wind power fluctuation on the power grid, as。

3、well as variation of wind power nuctuation per minute, the smoothing control was usded for the wind power with a first order low pass filter and battery energy storage system. The suitable smoothing time constant was selected according to the smoothing effect of the wind power, the relationship betw 。

4、een energy storage capacity and smoothing time constants was analyzed, and the suitable smoothing time constant of energy storage was chosen according to the smoothing rate of energy storage, which could provide the reference for the wind power smoothing control of wind farm with energy storage syst 。

5、em.KEYWORDS: wind power fluctuation； battery energy storage system； smoothing control； energy storage capacity中图分类号：TM 464文itt标志码：A文章细号：1003-7229(2012)07 - 000705doi： 10. 3969/j. issn. 1000 - 7229 2012. 07. 002Electric Power Construction Vol 33, No. 7, Jid. t 20127电力建设童点理论研究Electric Power Constructi 。

6、on Vol 33, No. 7, Jid. t 20127电力建设童点理论研究0引言风能是一种蕴藏量丰富的自然资源 ， 因其具有使 用便捷、可再生、成本低、无污染等特点,在世界范围 内得到了广泛应用和迅速发展 。
高比例的风电机 组接入电网 ， 给电网运行控制带来了很大困难 ， 为了 减小风电对电力系统的冲击 ， 在风电场配置储能装置 已经成为平滑风电出力的有效手段之一2钊 。
电池储能系统(l)attery energy storage system, BESS)主要包括铅酸电池、钠硫电池、液流电池、锂离 子电池等2 ， 其设置灵活、控制方便,既可以实现风 电的功率平滑控制 ， 又能在一定程度上参与系统调峰 任务 。
目前 ，。

7、对BESS的研究主要包括平滑控制、调 峰以及容量配置方面 。
文献7以AC/DC变换器的 功率解耦控制为基础 ， 建立了全饥液流电池基金资助项目：国家高技术研究发展计划(863计划)(2011AA05A113)o(vanadium redox battery, VRB)储能系统的平抑风电 功率波动的控制策略文献8基于低通滤波原理, 以平滑风电功率中指定频率分量为目标 ， 研究了储能 系统用于平滑风电功率波动控制的有效性;
文献 910研究了以平滑控制为目的的BESS控制策略, 同时对电池容量需求进行了分析;
文献11 提出一 种计算大型风电系统长时间、稳定输出所需的储能容 量方法 。
目前 ， 日本和芬兰等国家对风电 。

8、功率波动的平滑 控制进行了比较深入的研究 ， 并提出了应用储能系统 平滑风电波动的运算法则及评估标准： ， W1o日本研 究者提出了平滑时间常数-电池容量特性和平滑时 间常数-系统输出效率特性 ， 依据成本/性能比得出 最住的电池容量本文依据风电功率分钟级波动量的变化,提出以 低通滤波器平滑风电功率的控制策略,在满足风电场 输出功率平滑控制目标的同时,分析不同时间常数与Electric Power Construction Vol 33, No. 7, Jid. t 20127电力建设童点理论研究Electric Power Construction Vol 33, No. 7, Jid. t 20127 。

9、第33卷第7期靳文涛 ， 等:电池储能系统平滑风电功率控制策略童点理论研究Electric Power Construction Vol 33, Na 7, Jul. , 2012储能容量之间的关系,并根据单位储能平滑率选取合 适的平滑时间常数 ， 1电池储能系统配合脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)变流器运行的带电池储能系统拓扑结构如图1 所示,系统具有零惯性时间常数的特点 ， BESS系统可 实现对成组电池的控制 ， PWM变流器负责控制电池 系统向电网注入和抽出的有功、无功功率 。
这意味着 BESS可以在瞬间以额定功率向系统注入或者抽出一 定的能量 。
因此 ， 与常规调峰调频 。

10、设备相比 ， 用BESS 平滑风力发电有很大的优势 。
电网kF图1 BESS结构Fig. 1 Structure of BESSBESS与单台风机发电机组的连接如图2所示, 在双馈电机的交流端连接储能装置 ， 这样不影响双馈 风电机组的控制 ， 储能控制方法更灵活 。
风电功率数 据经过控制系统、BESS配合出力对风电功率进行平 滑处理 。
图中屮利为风力发电机的输出功率;
Pz为 BESS平滑的功率;
匕山为平滑后输出到电网的功率 。
图2 BESS连接风电机组Fig. 2 BESS connected with wind power2平滑控制策略风电场接入BESS后 ， 风电场的总输出功率是风 机总输出功率和储能装置输出功 。

11、率之和 。
储能装置的 输出功率起到平滑风电输出的作用 ， 即当风机出力波 动较大时,BESS通过快速充/放电协调控制 ， 将风电输 出功率的波动限制在给定包络线之内 ， 降低风电出力 波动率 ， 以减小风电并网对电网产生的负面影响 。
风电场接入电网的技术规定给出风电场最大功 率变化的推荐值:对于装机容量为30 150 MW的风 电场,10 min内最大功率变化率一般不超过其装机容 量的33% ,1 min内最大功率变化率一般不超过其装 机容量的10% o鉴于电池储能设备比较昂贵 ， 通过合适的功率控 制策略来降低储能需求是十分有必要的 。
为降低风 电功率的过大波动 ， 同时减少储能的使用率,只有当 风电功率波动量不满足风电 。

12、并网技术标准时才将其 通过低通滤波器对风电功率进行平滑处理.风电功率的波动量为ap = pwg() -p0U.(-D(1)式中:Pwc(*)为*时刻风电功率;
PJl)为k-l 时刻的风储联合出力功率 。
则风电功率的波动率为y = AP/V(2)式中Q为装机容量只有当y10%时,才能使用BESS对风电功率 进行平滑处理 。
平滑风电功率,BESS需要输出的能 量为P -=討务(3)式中：1/(1 +巧)为低通滤波器传递函数；T为低通 滤波器的时间常数;
S为微分算子 。
T值越大 ， 允许 导通的频率分量越低 ， 因而注入电网的功率也越小, 功率输出更为平滑 。
3风电平滑控制效果分析3. 1 风电功率平滑效果图3为某 。

13、风电场单台3 MW机组28天实测风电 功率曲线 ， 其采样时间周期为1 minoU期图3风电功率测值 Fig. 3 Measured value of wind power根据成本/性能比得出最佳的电池容量 ， 在平滑 风电功率波动时 ， 满足BESS充放电需要的储能容量为Ek = Eq + 工比/(4)m s 1式中Eo为BESS中的初始能量BESS的容量为W = max Ek - min Ek(5)实际BESS的能量不能为负 ， 因此BESS的初始 能量为Eq - min Ek(6)* = fl为便于观察,选取风电功率数据中3 h的数据进 行对比分析 ， 由式(4)-(6 )可得储能容量为 180 kWo当T 。

14、二300 s时,采用BESS平滑风电功率,风 电功率、风储联合岀力、电池荷电状态(stale of charge,SOC)的变化率bsx如图4所示 。
.OOO2.一风储合成岀力储能电池出力00.511.522.53r/h00.511.522.53z/h(b)SOC图4风电平滑效果Fig. 4 Smoothing effect of wind power从图4看出 ， 风储合成出力曲线较平滑 ， 减小了 风电功率的波动 ， 且储能电池SOC维持在较小的波 动范围内 。
T变化时 ， 风电功率的平滑效果如图5所示 。
由 图5可知:随着T增大 ， 风电功率的平滑效果越好,风 储合成出力曲线越平滑 。
储能容量(0. 1 MWh)保 。

15、持不变、T变化时 ， 采 用BESS平滑风电功率 ， 储能电池的SOC和功率的变 化如图6所示 。
r=5os8070送x60cT504000.511.522.53r/h(a) SOC0100 200 300 400 500 600 700T/s(b)功率图6储能容相同的情况下 ， 储能电池的SOC和功率随滤波器时间常数的变化曲线Fig. 6 Variation curves of SOC and power of BESS alongwith filters time constant 9 at same energy storage capacity由图6可看出 ， 在相同储能容量下 ， 随着T增大, SOC变化 。

16、范围变大 。
T越大 ， 风电功率的平滑效果越 好 ， 但所需的BESS功率增大 。
3.2储能容及功率在卩变化的情况下 ， 对图3屮所示的风电功率进 行平滑控制 ， 得出最佳的BESS容量与W关系 如图7所示 。
图中：曲线1为全月风电功率的平滑效 果;
曲线2为后半个月风电功率的平滑效果;
曲线3为Electric Power Construction Vol 33, Na 7t Jul. . 20129第33卷第7期靳文涛 ， 等:电池储能系统平滑风电功率控制策略童点理论研究Electric Power Construction Vol 33, Na 7t Jul. . 20129第33卷第7期靳文涛 ， 等:电池储能系统平滑 。

17、风电功率控制策略童点理论研究0.511.522.53t/h冬c羣三图7 BESS容与滤波器时间常数的关系曲线 Fig. 7 Variation curves of BESS capacity along with filters time constant图5风电平滑效果随滤波器时间常数的变化曲线Fig. 5 Variation curves of smoothing effect ofthe wind power along with filters time constantElectric Power Construction Vol 33, Na 7t Jul. . 20129第33卷 。

18、第7期靳文涛 ， 等:电池储能系统平滑风电功率控制策略童点理论研究Electric Power Construction Vol 33, Na 7t Jul. . 20129第33卷第7期靳文涛 ， 等:电池储能系统平滑风电功率控制策略童点理论研究前半个月风电功率的平滑效果 。
由图7可知:随T增大 ， 平滑风电功率所需的储 能容量不断增加 。
r = 300 s时,针对图3中功率数据进行功率平滑 处理功率平滑前后 ， 风电功率波动率的概率分布如 图8所示 。
对比风电平滑前后风电功率的波动率变 化 ， 可以得出：风储联合出力波动率大多控制在2% 以内,平滑效果良好C80604020凤储合成出力波动率风电功率图10不同时间常 。

19、数下平滑前后平均波动率的下降率 Fig. 10 Descent rate of fluctuation before and after smoothing with different time constants024681012波动率/%图8波动率概率分布Fig. 8 Probability distribution of fluctuation单位储能容量平滑率入随T的变化曲线如图11 所示 。
由图11可知:开始时 ， 随T增大,入变化较大, 说明随卩增大 ， 在对应的时间常数变化范围内所配置 的储能量达到的平滑效益变化明显；当卩增人到 400 s之后 ， 入基本保持不变 ， 说明随T增大,在对应 的带 。

20、阻范围内所配置的储能量达到的平滑效益变化 不明显 。
Electric Power Construction Vol 33, Na 7t Jul. . 20129第33卷第7期靳文涛 ， 等:电池储能系统平滑风电功率控制策略童点理论研究0.0300.020针对图3中功率数据,结合图4选取合适的储能 容量 ， 采用不同的T平滑风电功率 ， 统计风储合成出 力分钟级功率波动小于2%的概率分布 ， 结果如图9 所示 。
从图9可得出：T200 s时 ， 平滑后风储合成 出力功率波动率小于2%的区域占90. 11%,且随T 增大,平滑效果越不明显 。
Electric Power Construction Vol 33, Na 7t 。

21、 Jul. . 20129第33卷第7期靳文涛 ， 等:电池储能系统平滑风电功率控制策略童点理论研究0.010Electric Power Construction Vol 33, Na 7t Jul. . 20129第33卷第7期靳文涛 ， 等:电池储能系统平滑风电功率控制策略童点理论研究10040110100 200 300 400 500 600 700r/s图9不同时间常数下风储合成出力分钟级波动率小于2%的概率分布Fig. 9 Probability distribution of store synthetic surfaceoutput minutes volatility less t 。

22、han 2 % withdifferent time constant功率平滑前后 ， 波动率平均下降率v的变化如 图10所示 。
由图10可知：T200 s时,平滑前后的 波动率平均下降率变化不大 ， 储能对风电功率的平滑 效果不明显 。
0.000 U0100 200 300 400 500 600 70077s图11储能容的平滑率随滤波器时间常数的变化曲线Fig. 11 Variation curves of smoothing rate ofenergy storage along with filter time constant4结语10Electric Power Construction Vo 。

23、L 33. No. 7, Jul. 9 2012一阶低通滤波器可有效抑制风电功率波动变化 率 ， 并且随滤波时间常数增大 ， 平滑后的输出功率越 平稳 ， 随滤波时间常数增大 ， 平滑后的风电功率变化 率（1 min最大功率变化量）明显减小,但所需的储能 容量逐渐变大 ， 储能成本增加,风电功率平均波动率 不断升高 ， 单位储能容量的平滑率不断降低 ， 从单位 储能容量引起的最佳功率下降率指标来看 ， 平滑时间 常数不宜超过400 s,此时可达到对1 min的风电功 率较好的平滑性价比 。
Electric Power Construction Vol 33, Na 7t Jul. . 20129第33卷第7期靳文涛 ， 等:电池储 。

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【电池|电池储能系统平滑风电功率控制策略】27、n wind power generation system R . Dept, of EE & Bioscience, Waseda University .Tokyo Japan.收稿日期：2012-03-21修回日期：2012-05-25作者简介：靳文涛(1987),男 ， 本科 ， 工程师 ， 研究方向为风电大规模储能技 术.E-mail: jinwentao epri sgcc. com. cn ；马会萌(1985),女 ， 本科 ， 工程师,研究方向为能量存储与转换 林；谢志佳(1989),男本科 ， 工程师,研究方向为大规模储能技术 研究c(编辑：蒋毅恒)Electric Power Construction Vol 33, No. 7t Jul. . 2012 。

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标题：电池|电池储能系统平滑风电功率控制策略