中國儲能網(wǎng)訊：引言
風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電作為一種可再生、無污染的能源，近些年來得到了全世界范圍的關(guān)注，并且獲得了大力地發(fā)展，我國政府出于資源與環(huán)境的壓力也在積極地發(fā)展風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電。風(fēng)速由于受到天氣與地理等因素的影響，其大小與風(fēng)向會經(jīng)常性變化，而光伏出力也與天氣變化密切相關(guān)，光照強(qiáng)度和氣溫的變化會影響到出力的大小，從而導(dǎo)致風(fēng)電和光伏出力具有很大的隨機(jī)性、波動性和間歇性。風(fēng)光裝機(jī)容量占全網(wǎng)總?cè)萘枯^小時，風(fēng)光出力的波動不會對電網(wǎng)造成不良影響，但隨著風(fēng)光接入電網(wǎng)容量的不斷增大，隨機(jī)性、波動性和間歇性等風(fēng)光出力特性對電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行影響越來越大，大大降低了原有的電能質(zhì)量。
上述問題嚴(yán)重影響了風(fēng)光發(fā)電的并網(wǎng)，對電網(wǎng)的調(diào)頻和調(diào)峰也產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。將風(fēng)光出力控制在最大跟蹤功率以下，根據(jù)需要相應(yīng)地提高或降低風(fēng)光輸出功率可達(dá)到平抑風(fēng)光出力波動的目的，但該方法會降低風(fēng)光的利用率，造成風(fēng)電場、光伏電站的效益下降，而且這樣調(diào)節(jié)的效果也有限。并且現(xiàn)在風(fēng)光出力預(yù)測水平還存在一定的局限性，在風(fēng)電滲透性增加的情況下，會對出力計劃造成越來越大的影響。
隨著儲能技術(shù)的興起，為儲能系統(tǒng)平抑風(fēng)電出力的波動提供了可能。儲能是既傳統(tǒng)又新興的技術(shù)，早期就開始應(yīng)用的抽水蓄能電站也可以歸為儲能技術(shù)，而新興儲能技術(shù)則主要包括近年來發(fā)展起來的電池儲能、超導(dǎo)儲能、超級電容器儲能等技術(shù)。隨著這些新興儲能技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展與成熟，儲能系統(tǒng)在平抑風(fēng)電出力波動上的應(yīng)用越來越廣泛，同時相關(guān)研究也越來越豐富。國內(nèi)外也已建立了一些儲能的示范性項目：如中國國家電網(wǎng)公司在張北建成的風(fēng)光儲電站；遼寧電網(wǎng)在臥牛石風(fēng)電場建成了5MW×2h全釩液流電池儲能示范電站；日本北海道采用全釩液流電池建成了風(fēng)電場的配套儲能電站，主要用于平滑風(fēng)電出力波動。
本文重點(diǎn)闡述了儲能平抑風(fēng)光發(fā)電出力波動的研究現(xiàn)狀，歸納總結(jié)了平抑風(fēng)電、光伏出力波動的相關(guān)控制方法。
1?儲能技術(shù)及平抑出力波動原理概述
1.1?儲能技術(shù)分類
風(fēng)電和光伏發(fā)電的出力波動在任何時候都可能發(fā)生，在目前的新能源發(fā)電預(yù)測水平下，難以實(shí)現(xiàn)分鐘級甚至秒級的風(fēng)、光發(fā)電出力精確預(yù)測。因此，需要能夠快速響應(yīng)的儲能技術(shù)。表1羅列了幾種典型的儲能技術(shù)。
表1?典型儲能技術(shù)
儲能技術(shù)類型很多，用于平抑風(fēng)光出力波動時，儲能系統(tǒng)也可分為單一類型儲能系統(tǒng)和混合儲能系統(tǒng)、多類型儲能系統(tǒng)。文獻(xiàn)［1］采用鋰離子電池儲能系統(tǒng)對風(fēng)光出力波動進(jìn)行平滑。文獻(xiàn)［7-8］采用了釩液流電池儲能系統(tǒng)平抑風(fēng)電出力波動。文獻(xiàn)［9］采用超導(dǎo)電磁儲能系統(tǒng)平抑風(fēng)電出力。由于飛輪儲能可在短時間內(nèi)輸入或輸出較大功率，飛輪儲能也運(yùn)用于風(fēng)光發(fā)電的出力平滑。文獻(xiàn)［5］采用超級電容與電池混合儲能系統(tǒng)進(jìn)行了可再生能源發(fā)電出力平滑。鑒于飛輪可用于平滑高頻功率波動和部分低頻功率，蓄電池可用于平衡基準(zhǔn)功率以維持母線電壓平滑穩(wěn)定，以飛輪和蓄電池混合儲能對光儲充電站直流微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行平滑。文獻(xiàn)［13］根據(jù)能量型和功率型儲能的技術(shù)特點(diǎn)，基于已經(jīng)計算得到的單一儲能系統(tǒng)輸出功率，計算出符合不同類型儲能技術(shù)特點(diǎn)的儲能輸出功率，從而配置出合理的多類型儲能系統(tǒng)對風(fēng)電出力進(jìn)行平滑控制。文獻(xiàn)［14］采用多類型儲能系統(tǒng)改善平滑效果，用超級電容器平抑短期功率波動，用蓄電池減弱長期功率波動；同時應(yīng)用雙層模糊控制方法，進(jìn)行儲能系統(tǒng)功率的修正。
1.2?儲能系統(tǒng)平抑風(fēng)光發(fā)電出力波動的基本原理
儲能系統(tǒng)平抑風(fēng)光發(fā)電出力波動是指原來波動性較大的風(fēng)電場和光伏電站總功率加上儲能系統(tǒng)的功率輸出（儲能系統(tǒng)的功率輸出包括電能的釋放和吸收，釋放時其功率為正，吸收時其功率為負(fù)）后總的聯(lián)合功率曲線變得平滑。此時注入到大電網(wǎng)的功率是風(fēng)電場所有風(fēng)機(jī)或光伏電站所有光伏電池出力與儲能系統(tǒng)出力之和。儲能系統(tǒng)可以通過實(shí)時的調(diào)整跟蹤風(fēng)電場、光伏電站的總出力，儲能系統(tǒng)輸出功率在風(fēng)電場、光伏電站出力曲線尖峰時吸收功率，在其出力曲線低谷時輸出功率。
注入到電網(wǎng)的功率即為風(fēng)電場/光伏發(fā)電站輸出功率與儲能系統(tǒng)的功率之和。
2儲能系統(tǒng)控制方法
根據(jù)1.2所述，風(fēng)光發(fā)電出力波動的平抑是將風(fēng)光發(fā)電的輸出功率與儲能輸出功率疊加后的聯(lián)合出力輸送到電網(wǎng)。因此，平抑風(fēng)光發(fā)電出力，需要設(shè)置相應(yīng)的控制目標(biāo)，也即需要對儲能系統(tǒng)的充放電功率進(jìn)行優(yōu)化控制。
2.1?單純平抑風(fēng)光出力波動方法
平抑風(fēng)光發(fā)電出力波動的過程中，儲能系統(tǒng)采用的控制方法千差萬別，考慮的條件與因素各不相同。最為簡單的是單純平抑風(fēng)光出力波動方法，而不考慮其他任何附加條件。
單純進(jìn)行功率波動平抑時，最為常見的是濾波器法，而采用低通濾波器進(jìn)行風(fēng)光波動平抑則更為普遍，如文獻(xiàn)［5，7-9，15-24］都是在不考慮其他目標(biāo)或約束條件的情況下，采用低通濾波器的方法確定平抑風(fēng)光出力波動的控制目標(biāo)。
以某100MW風(fēng)場為例，圖1為典型的風(fēng)功率波形圖和波動頻譜圖，功率采樣周期為1min，采樣時長為一周，則采樣點(diǎn)數(shù)為10?080（即24×7×60=10?080）。通過FFT快速分解得到風(fēng)功率的頻譜特性，從圖1（b）、（c）中可知，風(fēng)功率頻段大部分處于低頻段，高頻或中高頻部分極少。
圖1典型風(fēng)功率波形及頻譜
風(fēng)光出力分解時較為常見的是將其分為3個頻段，并依據(jù)不同頻段功率對電網(wǎng)的影響，確定儲能系統(tǒng)的平抑頻段。3個頻段的劃分如下：高頻段為1Hz以上、中頻段為0.01~1Hz、低頻段為0.01Hz以下。風(fēng)電功率頻譜中高頻分量，可以被風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量吸收；風(fēng)電功率中頻分量由于功率變化較大，對電網(wǎng)影響最大，短時間會對電網(wǎng)造成嚴(yán)重沖擊，因此該方法進(jìn)行風(fēng)電平抑時，儲能系統(tǒng)平抑的主要是中頻段的功率分量；風(fēng)電功率中的低頻段波動比較緩慢，電網(wǎng)中的自動發(fā)電控制（AGC）響應(yīng)速度，基本可以跟上。因此該頻段的功率分量大部分由AGC補(bǔ)償，但當(dāng)傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的爬坡速度有一定限制和電力系統(tǒng)的備用容量有限時，也有必要對風(fēng)電低頻段功率分量進(jìn)行平抑；也有文獻(xiàn)將風(fēng)機(jī)出力分解為高頻、低頻兩個部分進(jìn)行平抑，根據(jù)不同頻段采用不同類型的儲能元件，超級電容平抑高頻部分，電池儲能則平抑低頻部分。而平抑光伏發(fā)電出力時，其出力分解的頻段與風(fēng)電相似：例如分為高頻段和低頻段時，由于高頻部分所占比例較小，儲能系統(tǒng)主要是平抑低頻部分。
在確定了平抑的頻段后，即可對風(fēng)光發(fā)電出力波動進(jìn)行平抑。文獻(xiàn)［23］采用低通濾波器以確定儲能系統(tǒng)輸出功率，并采用了混合儲能系統(tǒng)，將其分為兩層，一層為快速響應(yīng)的儲能用于平抑快速波動的功率分量，二層為慢速響應(yīng)的儲能用于平抑波動速度較慢的功率分量，而該方法還是基于低通濾波器對儲能功率進(jìn)行選擇，該文獻(xiàn)還提出了將儲能狀態(tài)改變次數(shù)作為評價指標(biāo)之一，以提高儲能系統(tǒng)的壽命。
低通濾波器進(jìn)行風(fēng)光出力平抑時，時間常數(shù)的設(shè)定方法可根據(jù)具體需要而定。文獻(xiàn)［20］在使用低通濾波器平抑風(fēng)光出力波動時，加入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法濾波器的參數(shù)進(jìn)行了訓(xùn)練。文獻(xiàn)［21］采用了慣性時間常數(shù)的低通濾波器，并與PID控制相結(jié)合實(shí)現(xiàn)風(fēng)電出力的平抑。文獻(xiàn)［28］使用了粒子群算法對時間常數(shù)進(jìn)行了實(shí)時優(yōu)化。
以上均是采用低通濾波器進(jìn)行單純功率波動平抑的相關(guān)研究，低通濾波器還可配合其他元件使用以平抑風(fēng)光出力波動。文獻(xiàn)［9］采用低通濾波器與高通濾波器相結(jié)合建立起來的帶阻濾波器進(jìn)行濾波，對超導(dǎo)電磁儲能系統(tǒng)充放電功率控制，從而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電出力的平滑。文獻(xiàn)［28］提出了采用慣性控制和空間濾波過濾風(fēng)電功率波動中高頻部分的方法，該文獻(xiàn)并不涉及儲能系統(tǒng)，但可為儲能系統(tǒng)平抑風(fēng)電波動提供濾波器選擇上的參考。
除了低通濾波器以外，還可采用其他類型的濾波器進(jìn)行風(fēng)光出力波動的平抑，如文獻(xiàn)［29-30］采用的是滑動平均濾波器，分離功率指令中的低頻分量由蓄電池平抑，而其他快速變化分量由超導(dǎo)磁體承擔(dān)，該方法能夠使出力功率得到平滑，但沒有考慮到風(fēng)光功率爬坡方面的優(yōu)化。文獻(xiàn)［31］利用兩級實(shí)時小波濾波對風(fēng)機(jī)出力進(jìn)行平抑，既實(shí)現(xiàn)了平抑目標(biāo)，又減少了輸出功率的噪聲。文獻(xiàn)［32］提出基于在線小波的混合儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略，包括了主要濾波器和次要濾波器，主要濾波器用于滿足兩個時間尺度內(nèi)的出力波動要求，次要濾波器則在主要濾波器的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對出力進(jìn)行平滑。
濾波器主要是基于風(fēng)光出力的波動能夠分解到不同頻段的功率，對功率進(jìn)行過濾，從而實(shí)現(xiàn)對功率波動的平抑。在平抑功率波動進(jìn)行分頻率分解過濾時，除了濾波器法外還存在其他研究，如文獻(xiàn)［33］在充分分析風(fēng)電功率幅頻特性的基礎(chǔ)上，提出基于小波包分解的混合儲能技術(shù)進(jìn)行風(fēng)電場輸出功率波動平抑的方法。采用小波包分解理論對風(fēng)電場輸出的波動功率進(jìn)行多尺度分解，得到反映并網(wǎng)功率信號的低頻信號和接入儲能系統(tǒng)的高頻信號。通過反饋調(diào)節(jié)將實(shí)際有功功率盡量控制到與小波包分解給出的預(yù)期功率接近范圍內(nèi)。
2.2?考慮一定目標(biāo)或約束的平抑方法
以上文獻(xiàn)只是單純地進(jìn)行風(fēng)光出力波動的平抑，沒有考慮相關(guān)的優(yōu)化目標(biāo)或約束條件。目前對于風(fēng)光波動標(biāo)準(zhǔn)的制定，特別是在國內(nèi)還處于起步階段。最初風(fēng)電并網(wǎng)時，并未對風(fēng)電的功率波動制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的增加，為了減少風(fēng)電波動對電網(wǎng)的影響，各國開始對風(fēng)電波動制定標(biāo)準(zhǔn)，這主要體現(xiàn)在爬坡率上。不同國家的輸電公司或是電力部門對風(fēng)電爬坡率的要求有所不同。表2、表3分別是國外部分國家和中國對風(fēng)電波動率的相關(guān)要求。
從表2和表3可以看到目前風(fēng)電并網(wǎng)的波動要求已經(jīng)逐步形成體系，但光伏并網(wǎng)僅有頻率、低電壓穿越等要求，出力波動方面的要求還較少，特別是具體限定值方面。
針對風(fēng)電波動率相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，許多學(xué)者在考慮波動率限制方面做了平抑風(fēng)電波動的相關(guān)研究，而且有不少文獻(xiàn)是結(jié)合低通濾波器進(jìn)行風(fēng)電功率平抑。文獻(xiàn)［37］對濾波器進(jìn)行改進(jìn)，采用可調(diào)節(jié)的時間常數(shù)解決平抑風(fēng)電波動時的過補(bǔ)償問題，同時加入波動率限制器。由于不同的時間尺度下對波動率的要求有所不同，因此部分文獻(xiàn)考慮在不同時間尺度下進(jìn)行功率波動約束，較為常見的是1min和30min下的功率波動約束，如文獻(xiàn)［24，31-32，38］，其中文獻(xiàn)［24］根據(jù)兩種不同的時間尺度的波動率要求靈活地進(jìn)行低通濾波器時間參數(shù)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電出力波動的靈活調(diào)節(jié)。這樣也有利于針對性采用不同的儲能元件平抑不同程度波動，文獻(xiàn)［32］在兩個時間尺度的基礎(chǔ)上，對不同的平抑波動要求采用不同的儲能元件，對于短期波動采用超級電容進(jìn)行平抑，對于長期波動采用鋰離子電池進(jìn)行平抑。而對于光伏，盡管其出力波動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還沒有成形，但已有相關(guān)學(xué)者進(jìn)行研究，如文獻(xiàn)［39］根據(jù)實(shí)際氣象數(shù)據(jù)得到光伏出力，對低通濾波算法進(jìn)行了研究，在滿足并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的1min最大變化量和10min最大變化量下得到儲能系統(tǒng)定額，同時針對選定的功率曲線研究了濾波器時間常數(shù)與儲能系統(tǒng)定額的關(guān)系。
平抑風(fēng)光出力波動時，除了功率波動的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求外，還需考慮儲能系統(tǒng)相關(guān)的物理約束，其中荷電狀態(tài)（stateofge，SOC）約束是十分重要的1項約束，許多學(xué)者都在平抑風(fēng)光發(fā)電出力波動時，考慮SOC約束。如文獻(xiàn)［40］采用高通濾波器提到了需要注意儲能系統(tǒng)的SOC，避免過充過放，但沒有提出實(shí)際的控制方法，此外該文獻(xiàn)還提到儲能系統(tǒng)放電深度，從放電深度的角度考慮了對儲能系統(tǒng)壽命的影響。文獻(xiàn)［41］基于低通濾波原理，根據(jù)電池儲能的SOC實(shí)時調(diào)整濾波時間常數(shù)，實(shí)現(xiàn)光伏出力波動的平抑，同時還分析了儲能系統(tǒng)能量與功率波動之間的關(guān)系，提出了優(yōu)化配置功率和能量的計算方法。文獻(xiàn)［42］結(jié)合基于模糊邏輯對儲能系統(tǒng)SOC約束進(jìn)行調(diào)整的適應(yīng)調(diào)節(jié)器，對用于平抑風(fēng)電出力波動的低通濾波算法進(jìn)行了改進(jìn)。而文獻(xiàn)［32，43，44］將SOC作為反饋調(diào)節(jié)的控制量之一，實(shí)現(xiàn)了基于低通濾波的平抑風(fēng)電出力波動的SOC閉環(huán)控制，保證了儲能系統(tǒng)的SOC始終處于一定范圍內(nèi)，如文獻(xiàn)［32，43］保證SOC在20%至80%之間，文獻(xiàn)［44］還在SOC限制的基礎(chǔ)上考慮了儲能容量E與風(fēng)電額定輸出功率CWF關(guān)系之間的影響，以兩者之間商值大小與時間常數(shù)T比較，判斷SOC變動范圍，有如下關(guān)系：
當(dāng)T<E/CWF，SOC在電池額定容量內(nèi)變化；
當(dāng)T=E/CWF，SOC的變化與電池額定容量相等；
當(dāng)T>E/CWF，SOC的變化將超過電池額定容量。
文獻(xiàn)［25，45］結(jié)合低通濾波器，提出了一種基于電池荷電狀態(tài)分級優(yōu)化的混合儲能系統(tǒng)風(fēng)電功率平抑方法。該方法采用了分層結(jié)構(gòu)，包含優(yōu)化控制層和協(xié)調(diào)控制層。優(yōu)化控制層根據(jù)風(fēng)電平抑性能要求以及混合儲能系統(tǒng)當(dāng)前整體SOC（其中為了衡量混合儲能系統(tǒng)的SOC，計算了儲能系統(tǒng)平均SOC）計算動態(tài)調(diào)節(jié)儲能系統(tǒng)的設(shè)定功率；協(xié)調(diào)控制層根據(jù)儲能設(shè)備各自的SOC和充放電特性，按優(yōu)化控制層計算出的設(shè)定功率進(jìn)行功率分配，實(shí)現(xiàn)了對設(shè)定功率的快速跟蹤。文獻(xiàn)［46］則根據(jù)儲能系統(tǒng)的能量和風(fēng)電功率設(shè)置系數(shù)，將該系數(shù)作為反饋調(diào)節(jié)的環(huán)節(jié)之一。
以上文獻(xiàn)均是在結(jié)合了濾波器的情況下考慮SOC約束，其他方法也可在考慮SOC約束的情況下進(jìn)行風(fēng)光功率波動平抑，如文獻(xiàn)［47］在考慮了SOC限制的同時，基于規(guī)則控制進(jìn)行風(fēng)電功率波動平抑。
除了濾波算法，模型預(yù)測控制也是平抑風(fēng)光波動時較為常用的一種方法，而且濾波算法基本都考慮了功率波動優(yōu)化目標(biāo)，SOC約束等。文獻(xiàn)［38，48-50］就采用了模型預(yù)測控制方法對儲能系統(tǒng)的充放電功率進(jìn)行控制。文獻(xiàn)［38］提出了一種基于模型預(yù)測控制的實(shí)時平抑風(fēng)電場功率波動的電池儲能系統(tǒng)（BESS）優(yōu)化控制方法。該方法以未來一個控制時段使用的儲能出力最小為目標(biāo)，考慮了BESS最大功率約束和容量約束。當(dāng)合成輸出功率不滿足功率波動約束時，采用約束軟化調(diào)整技術(shù)，兼顧期望目標(biāo)，以獲得滿意的優(yōu)化結(jié)果。從而實(shí)現(xiàn)基于區(qū)間削減技術(shù)的主動式能量反饋控制，避免BESS的過充或過放。文獻(xiàn)［48-49］基于模型預(yù)測控制設(shè)計了用于平滑風(fēng)電出力的控制器。通過提前幾步預(yù)測風(fēng)電的出力，該控制器對風(fēng)電的最大爬坡率進(jìn)行優(yōu)化，同時考慮了系統(tǒng)模型的約束。文獻(xiàn)［50］結(jié)合儲能系統(tǒng)的約束設(shè)計了開環(huán)優(yōu)化控制策略，為避免實(shí)時控制時的預(yù)測誤差，加入模型預(yù)測控制，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電平抑。
除以上平抑風(fēng)光波動方法外，目前還有學(xué)者在平抑風(fēng)光波動時考慮加入風(fēng)光波動率反饋。文獻(xiàn)［51］通過判斷當(dāng)前風(fēng)光功率波動率與設(shè)定值的比較，進(jìn)而決定是否采用濾波方法進(jìn)行功率平滑。
文獻(xiàn)［1］綜合考慮原始功率波動率，提出了儲能系統(tǒng)基于斜率的控制方法。文獻(xiàn)［52］綜合考慮了SOC約束與波動率約束，通過設(shè)置合理的風(fēng)電功率波動限制值和目標(biāo)值，判斷基于斜率控制作用下的當(dāng)前風(fēng)電波動率與限制值及目標(biāo)值的關(guān)系，進(jìn)而基于ADP對儲能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制。文獻(xiàn)［53］考慮儲能電池SOC和光伏出力波動率的約束條件，采用EEMD對光伏信號進(jìn)行分解至高低頻段，其中低頻部分作為注入到電網(wǎng)的期望信號，高頻部分由儲能系統(tǒng)吸收，采用模糊控制自適應(yīng)調(diào)節(jié)EEMD濾波階數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)光伏出力平抑。
以上加入風(fēng)光波動率約束的控制策略，將其作為儲能系統(tǒng)充放電控制以及優(yōu)化控制的判斷依據(jù)。加入波動率反饋?zhàn)鳛槌浞烹娍刂埔罁?jù)在滿足電網(wǎng)安全基本要求的前提下，降低了儲能系統(tǒng)的狀態(tài)改變次數(shù)，降低其運(yùn)維成本，很大程度上延長了儲能系統(tǒng)壽命。
2.3?考慮功率預(yù)測與人工智能的平滑控制方法
上文中按考慮目標(biāo)或約束與否分別論述了平抑風(fēng)光的波動，主要是介紹了濾波算法和模型預(yù)測控制兩類平抑風(fēng)光功率波動較為常見的方法，除了上述兩類較為常用的方法外，國內(nèi)眾多學(xué)者還對平抑風(fēng)光波動進(jìn)行其他方法的研究。
文獻(xiàn)［54］基于風(fēng)電功率短期預(yù)測技術(shù)，將風(fēng)電0~24h內(nèi)的出力波動抑制在給定區(qū)間內(nèi)為控制目標(biāo)，以預(yù)測獲得的未來0~24h的風(fēng)電輸出功率的平均值為參考目標(biāo)，同時基于電網(wǎng)可接受風(fēng)電功率波動范圍設(shè)定波動上下限制，制定控制流程。文獻(xiàn)［11］采用模糊邏輯方法確定飛輪儲能平抑風(fēng)柴功率波動時的出力。文獻(xiàn)［55］則采用模糊邏輯與小波變換相結(jié)合的方法對儲能系統(tǒng)的充放電功率進(jìn)行控制。文獻(xiàn)［56］對公差帶控制儲能系統(tǒng)的方法進(jìn)行改進(jìn)，加入了自適應(yīng)算法以及隨機(jī)動態(tài)控制，有效地改進(jìn)了原有方法對某些風(fēng)電場尖峰出力優(yōu)化效果不理想，峰值沒能得到平抑的不足。文獻(xiàn)［57］確定平抑目標(biāo)時采用了設(shè)置目標(biāo)函數(shù)的方法，該目標(biāo)函數(shù)基于短期風(fēng)電、光伏預(yù)測，根據(jù)風(fēng)光功率預(yù)測值設(shè)置當(dāng)日運(yùn)行計劃，以實(shí)際投運(yùn)后系統(tǒng)出力與計劃出力相差最小化為目標(biāo)，以儲能系統(tǒng)功率、容量等為約束條件，從而實(shí)現(xiàn)對儲能系統(tǒng)的動態(tài)控制。但該方法得到結(jié)果曲線平滑度不夠?；趧討B(tài)規(guī)劃算法建立了儲能系統(tǒng)的動態(tài)模型。文獻(xiàn)［58］采用了超前控制策略對風(fēng)電功率波動進(jìn)行平滑，同時考慮了儲能之前時刻和當(dāng)下的運(yùn)行狀態(tài)，并考慮了下一預(yù)測周期（認(rèn)為該預(yù)測時長內(nèi)風(fēng)功率預(yù)測值準(zhǔn)確無誤）內(nèi)的風(fēng)電出力，基于預(yù)測功率控制當(dāng)下儲能充放電程度，將風(fēng)電波動率設(shè)為儲能系統(tǒng)動作的條件之一，考慮了儲能系統(tǒng)的SOC約束，從而實(shí)現(xiàn)了對短期風(fēng)功率的平抑。文獻(xiàn)［59］建立考慮充放電效率與狀態(tài)的蓄電池模型以及燃機(jī)成本模型。基于光伏與風(fēng)電出力日預(yù)測曲線，考慮分時電價，以微燃機(jī)燃料費(fèi)用最低和外部購電價格最低為目標(biāo)，并采用混合整數(shù)線性規(guī)劃算法優(yōu)化微網(wǎng)運(yùn)行成本。文獻(xiàn)［60］考慮了儲能系統(tǒng)波動率約束和荷電狀態(tài)，創(chuàng)建了儲能系統(tǒng)的20條充放電規(guī)則，通過4個充放電控制變量，基于光伏超短期功率預(yù)測，兼顧考慮儲能系統(tǒng)平抑波動能力、充放電深度（使用壽命）、充放電裕度3個目標(biāo)，采用自適應(yīng)混沌粒子群算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，制定了具有前瞻性的控制策略。
2.4?多類型儲能系統(tǒng)平抑新能源發(fā)電的控制方法
由于風(fēng)光的波動功率可以分解成不同頻率，單一類型儲能平抑風(fēng)光波動時，有時難以有效平抑各頻段功率。因此，有些文獻(xiàn)采用混合儲能或多類型儲能。目前較多的是以鉛酸電池、超級電容或鋰離子電池組合而成的混合儲能方式。文獻(xiàn)［32］采用超級電容平抑短期功率波動，采用鋰離子電池平抑長期功率，有利于發(fā)揮各類儲能技術(shù)在時間上和能量規(guī)模上的不同特性。文獻(xiàn)［29］以蓄電池和高溫超導(dǎo)磁體構(gòu)成的混合儲能系統(tǒng)為研究對象，用于平抑間歇性電源的功率波動。文獻(xiàn)［61］針對混合儲能系統(tǒng)的控制系統(tǒng)提出了雙層控制模型，即分為能量層和系統(tǒng)層，分別對儲能系統(tǒng)充放功率和能量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并設(shè)置了專家系統(tǒng)，以此確定儲能系統(tǒng)出力目標(biāo)。文獻(xiàn)［62］將風(fēng)光功率波動分為尖峰波動功率、穩(wěn)態(tài)波動功率和頻繁往復(fù)波動功率，分別采用超級電容和蓄電池平抑不同波動?？刂齐姼须娏饕詫?shí)現(xiàn)總吞吐功率分配，判斷功率波動類型以實(shí)現(xiàn)儲能系統(tǒng)間功率分配。該系統(tǒng)既平抑了風(fēng)電出力，又合理發(fā)揮了超級電容器和蓄電池的不同儲能優(yōu)勢。文獻(xiàn)［33］對高頻風(fēng)功率信號再次劃分，分別選擇與其頻率范圍適應(yīng)的蓄電池和超級電容器儲能設(shè)備，建立了基于混合儲能系統(tǒng)的風(fēng)電場輸出功率平滑控制模型。文獻(xiàn)［12］采用飛輪儲能平抑光儲充電站高頻功率波動和部分低頻功率，并平滑蓄電池輸入，進(jìn)而在蓄電池維持電壓穩(wěn)定平滑同時，延長電池壽命。文獻(xiàn)［14］應(yīng)用雙層模糊控制方法，第一層模糊控制器實(shí)時調(diào)節(jié)混合儲能系統(tǒng)SOC，第二層控制器主要用于改善第一層控制效果，但采用雙層控制方法的混合儲能系統(tǒng)必須充放電功率接近。
3結(jié)語
在儲能平抑風(fēng)光波動的研究中濾波算法是最為常見的方法，簡單易行，運(yùn)算速度較快，但具有一定的滯后性，對風(fēng)光變化的敏感度不夠。同時也不一定能滿足并網(wǎng)要求，因此可在其中加入爬坡率等控制目標(biāo)約束以及儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)、電池健康狀態(tài)等物理約束。模型預(yù)測控制算法上較為復(fù)雜，但能對風(fēng)光發(fā)電出力做出一定預(yù)判，有利于實(shí)時跟蹤風(fēng)光發(fā)電出力波動，獲得更好的控制效果。多類型儲能系統(tǒng)的引入在一定程度上能夠發(fā)揮各種儲能方式的優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，提高不同類型儲能系統(tǒng)的使用壽命，但不同儲能系統(tǒng)的功率協(xié)調(diào)控制與能量管理是需重點(diǎn)考慮的。
作者：
寧陽天，廣西電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，碩士，主要研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化。
李相俊，新能源與儲能運(yùn)行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗室（中國電力科學(xué)研究院）,博士，教授級高級工程師，主要研究方向為大規(guī)模儲能技術(shù)、電力系統(tǒng)自動化和智能電網(wǎng)。
董德華，華北電力大學(xué)控制與計算機(jī)工程學(xué)院，碩士，主要研究方向為電池儲能系統(tǒng)控制。
賈學(xué)翠，新能源與儲能運(yùn)行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗室（中國電力科學(xué)研究院），碩士，工程師，主要研究方向為大規(guī)模儲能技術(shù)。
惠東，新能源與儲能運(yùn)行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗室（中國電力科學(xué)研究院），博士，教授級高級工程師，主要研究方向為大規(guī)模儲能技術(shù)。
