白俊文 太原理工大学/山西漳泽电力股份有限公司新能源管理部

随着我国科学技术不断发展，风电作为一种清洁可再生资源，也被广泛应用于电力系统中。然而一旦发生电网事故，就会对风电造成冲击，甚至会出现风电机组脱网、机组解列情况，究其原因还是因为风机不具备低电压穿越能力，一旦发生电网故障，网点电压就会不断下降，最终促使风机迫停。为确保电网系统稳定性，就需要风电场具备低电压穿越能力，确保电网故障情况下，可以在低电压一段时间内保证并网运行。在本文中，结合储能技术，对其应用于风电场低电压穿越进行详细分析和探讨。

1 基于储能技术的低电压穿越技术分析

现目前，应用到低电压穿越技术中的储能技术，又包含了飞轮储能、超导储能、超级电容器储能等内容。其主要技术原理为：充分借助储能装置，达到快速去磁和削减风电机组转子过电流的目的。同时在故障状态下快速吸收能量，以降低风电机组直流侧过电压，还能够密切配合网侧变换器对无功功率进行有效控制，在保障并网点电压稳定的基础上，促进风电机组快速恢复。

1.1 飞轮储能

飞轮储能主要是利用大规模转盘的惯性实现储能，其中涉及到的技术有电磁悬浮轴承、电力电子技术等。通过与发电机系统连接，可以实现储存和释放能量，当处于发电机飞轮减速模式时，就可以释放电能，若是处于电动机飞轮加速模式，就可以实现电能储存，如下图1所示。对飞轮储能进行应用具有响应速度快、能量密度高等优势特点，可以极大的改善系统稳定性情况。但是由于该项技术在应用时结构和控制比较复杂，所耗费的成本也比较高，使其在实际应用中遭受到诸多限制。

图1 飞轮储能系统配置

1.2 蓄电池储能

蓄电池作为当前应用最为广泛的储能技术，被广泛应用于海洋探测、无线网络、电网稳定等当中，它可以以补偿元件的方式实现电网能量转换，还可以通过改变变换器触发角实现无功源使用。但是该项技术在风电接入下进行使用，其充电和放电都会遭受到限制，并且使用寿命比较短，所需维护费用比较高。将蓄电池应用到低电压穿越中，多是与其他高功率密度储能技术相联合进行使用，可以增强风电机抵御电网故障能力，配合Crowbar装置，还能够保障风电机组直流侧电压稳定性和可靠性。

1.3 超导储能

超导储能作为现代比较新颖的一种储能技术，主要是通过超导线圈实现电能储存，进而满足电能补偿需要。该项技术的应用优势主要体现在能量密度高、损耗小、转换效率高等方面，劣势则表现为需要冷却装置在其中发挥作用，最终使得应用成本提升。将超导储能技术应用到风电中，主要是通过变换器实现，将之接入到风电机组直流侧，在与风电机组侧、网测变换器相互协同下，保障和提高电压稳定性和可靠性。再加上超导储能的功率密度比较高，也较适合应用到低电压穿越中，可以快速的满足充电和放电需求，但是想要取得理想应用效果，还需要在做出进一步努力，改善成本高、受电磁环境影响等问题。

1.4 超级电容器储能

超级电容器储能又可以称之为超大容量电容器，其主要是通过电荷分离实现储能，也具有充放电迅速、使用寿命长、安全性高等应用优势。在实际应用时可以直接通过控制变换器实现充电和放电，与上述提到的飞轮储能和超导储能相比较，超级电容器储能在控制上更加简单，也无需进行维护和移动，将其应用到低电压穿越中，可以充分起到提高穿越能力、保障电压稳定和提高电能质量的作用。

2 储能技术应用于风电场低电压穿越分析

2.1 DC-DC变换器拓扑结构

应用储能技术提升风电场低电压穿越能力，可以通过变换器直接接入到风电系统中，这时候变换器需要满足双向能量流动、高效率、可以承受高峰功率和占地小要求。若是需要将储能系统连接到高电压直流母线上，储能就需要位于低压侧，反之位于高压侧，如果是采用高频控制的变换器，就可以采用隔离式DC-DC拓扑结构。总之，储能系统拓扑结构的选择，需要根据实际使用场合进行恰当选择。

2.2 基于储能的拓扑结构

通过储能系统提升低电压穿越能力主要有以下方式：（1）通过换流器直流侧直接接入，如下图2所示，采取该种方式主要是借助较为稳定的直流侧电压避免换流器触发到保护动作；（2）从公共耦合点进行接入，涉及到的复合储能系统则可以由蓄电池、超导储能等组合而成，通过无功补偿方式保障电压稳定，避免风机脱网情况发生。

图2 直流侧接入储能系统

2.3 混合储能拓扑结构

从满足能量密度、使用寿命、成本等角度出发，将储能技术应用到低电压穿越中还能够通过多种储能技术联合应用实现。通常情况下，混合储能系统构成可以是蓄电池+超级电容器、蓄电池+飞轮混合和蓄电池+超导混合储能三种方式，再通过交流侧并联、共用变换器、单变换器和两变换器拓扑结构方式，使之构成混合储能系统。其中，飞轮、超导和超级电容器功率密度虽然比较高，但是能量密度较小，但是蓄电池正好相反，通过混合储能的方式，可以更好满足低电压穿越需求，实现优势互补，充分发挥出提高效率、延长寿命等作用。

3 储能技术应用于低电压穿越中的展望

储能技术应用到风电场低电压穿越中，具有十分广阔的应用前景。但是想要进一步提升储能技术在低电压穿越中的应用能力，还需要深入研究和分析以下问题：（1）储能关键技术难点问题，尽管蓄电池和超级电容器储能技术已经成为现代密切关注的低电压穿越技术，但是对其他低电压穿越技术研究还有待加强，尤其是飞轮储能技术存在得磁悬浮轴承温度过高、超导储能冷却、电磁敏感等问题；（2）明确应用到低电压穿越技术的储能容量及其类型，即结合风电机组位置、接入规模等的确定所需储能容量和类型，进而充分发挥不同储能方式应用优势；（3）确定储能技术应用配置方案及其协调控制，简单来说就是需要根据风电分布及其机组的类型，保障储能系统接入和组合方案科学、合理，同时针对混合储能系统的应用，也要采取有效协调控制策略，保障其发挥相互协调和优势互补作用。

结语：在本文中，对储能技术应用于风电场低电压穿越进行分析，主要是从基于储能技术的低电压穿越技术分析展开，对储能技术中飞轮储能、蓄电池储能、超导储能等技术进行详细阐释，同时对储能技术应用于低电压穿越中的拓扑结构进行探讨，最后也对储能技术应用于低电压穿越中的应用进行展望，通过对储能技术加大研究，并对储能技术在低电压穿越中应用存在的问题进行妥善解决，也将进一步提高储能技术应用效果。