风电储能系统培训课件

风电储能系统培训课件第一部分第一章风电与储能系统概述新能源的挑战风电的波动性与间歇性风电出力的随机特性储能系统的解决方案风速的不可预测性导致风电输出功率呈储能技术通过快速充放电能力，有效平现显著的随机波动特征这种波动性在抑风电输出波动，提升电能质量储能分钟级、小时级和季节级都存在，给电系统响应时间可达毫秒级，是解决风电网调度带来巨大挑战不稳定性的最优技术路径风电功率波动幅度可达装机容量的削峰填谷平滑功率曲线••30-70%提供快速调频调压服务•短时突变对电网频率稳定造成冲击•预测误差增加备用容量需求•中国风电发展现状与储能需求亿千瓦435%90%+年风电装机可再生能源占比消纳率目标2025中国风电装机容量突破历史新高风电在电力结构中的比重持续提升通过储能系统提升风电利用效率储能系统的基本分类与功能电化学储能物理储能核心功能定位锂离子电池响应速度快，循环寿命长，成抽水蓄能技术成熟，容量大，但受地理条功率平滑平抑风电输出波动•本持续下降，是当前主流技术件限制调峰调频参与电网辅助服务•钠硫电池高温运行，适合大规模长时储能压缩空气利用地下洞穴存储能量，适合大黑启动提供应急备用电源•应用规模应用液流电池功率与容量独立设计，适合长时飞轮储能响应极快，适合频率调节，但成间放电场景本较高风电场与储能系统集成架构第二部分第二章风电储能系统设计与控制技术风电机组的功率调节技术双馈风机变桨距控制减载备用策略双馈风力发电机组通过调节叶片桨距角，可以实现额定功率范围内为参与电网调频，风机需主动减载运行，预留一定功率备用常20%-100%的灵活调节变桨距控制系统根据风速和电网需求，动态调整叶片攻角，改变风见策略包括轮捕获的风能固定比例减载保持功率备用10-20%低风速区小桨距角最大化捕获风能•变速减载通过转速偏移实现快速响应额定风速以上增大桨距角限制功率输出•桨距角减载增大桨距角降低出力调节速度通常为度秒•3-10/控制精度可达额定功率•±2%最大功率点跟踪（）MPPT在低于额定风速时，算法通过优化转速和桨距角，使风机始终工作在最佳MPPT效率点该技术可提升风能利用率5-8%储能系统容量优化与配置策略需求分析容量计算根据风电场规模、风况特征、电网要求确定储能功能定位基于历史数据统计分析，计算平抑波动所需的功率与能量容量经济优化技术验证综合考虑投资成本、运维费用和收益，确定最优配置方案通过仿真验证配置方案的技术可行性和控制效果研究表明，对于100MW风电场，配置20-80MW/40-160MWh的储能系统可以有效平抑功率波动储能容量配置需要权衡多个因素功率容量决定了响应速度和调节幅度，能量容量决定了持续调节时间配置比例过低无法达到平抑效果，过高则导致投资浪费典型配置为风电装机容量的15-25%功率和1-4小时储能时长风储联合控制策略框架风储联合控制系统是实现风电与储能协同运行的核心该系统需要综合考虑风电预测、储能状态、电网需求等多重因素，制定最优控制策略预测层决策层执行层短期风电功率预测基于的滚动优化风机桨距角实时控制MPC电网负荷需求预测储能充放电计划制定储能功率控制PCS电价信号预测风机功率分配策略快速响应与跟踪模型预测控制（）优势控制目标协调MPC处理多目标优化问题最小化功率波动•••考虑系统约束条件•优化储能SOC管理滚动优化适应变化降低风机机械应力••预测未来系统行为提升经济效益••风机桨距角与储能协同控制示意SOC该图展示了在不同风况下，风机桨距角和储能系统的动态变化过程上半部分曲线SOC显示风机桨距角随风速变化的调节轨迹低风速时保持小角度最大化捕获风能，高风速时增大角度限制功率下半部分曲线显示储能系统随充放电循环的变化风电过剩SOC时充电上升，风电不足时放电下降两者协同工作实现功率平滑输出，同时保SOC SOC持储能系统在健康运行区间风电储能系统的电网调频参与010203频率偏差检测功率需求计算资源分配决策实时监测电网频率，识别偏差信号并分类（一次根据频率偏差幅度和变化率，计算所需调频功率协调风机和储能系统的功率贡献，优化各自的调调频或二次调频需求）和响应速度要求节幅度和响应时序0405控制指令下发实时跟踪调节向风机发送桨距角或转速调节指令，向储能发送充放电功率指令持续监测响应效果，动态调整控制策略，确保频率稳定在合格范围风机调频的技术难点储能系统的技术优势•响应速度慢（桨距角调节需5-10秒）•响应速度快（毫秒级到秒级）•频繁调节增加机械磨损和疲劳载荷•调节精度高（±1%额定功率）减载运行损失发电量和经济收益无机械磨损和惯性限制••风速波动干扰控制精度可实现四象限灵活调节••风储系统对电网频率稳定的贡献60%45%75%调频响应速度提升频率偏差降低减载损失减少储能系统参与后，系统整体响应时间缩短有效减少电网频率波动幅度储能承担部分调频任务，降低风机减载需求研究表明，配置储能系统后，风电场参与调频的能力显著提升传统风电场参与调频需要保持减载备用，导致年发电量损失引入储能10-20%5-8%系统后，风机减载备用可降低至，发电量损失减少至更重要的是，储能系统的快速响应能力能够有效避免频率二次跌落现象，这是保障5-10%2-3%电网安全的关键因素在电网受到扰动时，风储联合系统能够在毫秒内提供有效支撑，而单纯依靠风机调节需要秒才能见效这种快速响应能力在高比例新能源电力5005-10系统中尤为重要，能够显著提升系统的频率稳定裕度和抗扰动能力变利用率策略优化风电功率分配变利用率控制策略是一种创新的风机功率调节方法，通过动态调整风能利用率来实现灵活的功率输出控制，同时最大化利用风轮转子的旋转动能储备转子动能评估风速与转速监测计算转子当前储存的动能和可调用的能量裕度实时采集风速、风机转速和发电机功率等关键参数功率输出优化利用率自适应调整在满足调频要求的同时，最大化风能捕获和经济效益根据调频需求和转子状态，动态调整风能利用系数技术原理核心优势大型风力发电机组的转子质量可达数十吨，旋转惯量巨大当转子转速从最优转•响应速度快于传统桨距角控制速降低时，其储存的动能可以快速释放用于调频变利用率策略通过短时降低风•减少机械应力和设备磨损能利用率，允许转子转速偏离最优值，从而获得额外的功率调节能力•提升调频功率和持续时间转子动能E_k=\frac{1}{2}J\omega^2•无需额外硬件改造•与储能系统形成互补变利用率风机功率分配控制流程该图详细展示了变利用率策略的工作原理和控制流程图中包含三条关键曲线第一条显示风机转速随时间的动态变化，在调频需求出现时转速会有计划地偏离最优值；第二条显示功率输出曲线，通过释放转子动能实现快速增功；第三条显示风能利用系数的自适应调整过程该策略能够在秒内提供的额外功率支撑，显著增强风电场的2-55-15%调频能力与储能系统配合使用时，可以进一步优化响应特性和持续时间第三部分第三章风电储能系统应用案例与前沿研究本章通过典型工程案例和最新研究进展，展示风电储能技术的实际应用效果和未来发展方向我们将重点分析国家级示范项目的技术方案，探讨前沿控制策略和面临的挑战张北国家风光储输示范项目介绍风电系统光伏系统装机容量500MW装机容量100MW包含多种机型

1.5MW、2MW、3MW、5MW机组采用固定式和跟踪式支架年发电量约10亿千瓦时年发电量约

1.5亿千瓦时储能系统智能输电功率容量70-110MW500kV并网送出储能容量140-220MWh智能调度系统包含磷酸铁锂电池和液流电池向北京等地稳定供电张北国家风光储输示范工程是全球规模最大的集风电、光伏发电、储能系统、智能输电于一体的新能源综合示范项目该项目位于河北省张北县，于2011年12月开工建设，2020年全面建成投产项目总投资约200亿元，占地面积超过400平方公里张北项目技术方案亮点大容量储能平抑波动智能预测调度系统柔性并网技术项目采用多种储能技术组合，磷酸铁锂电池负责建立了先进的风光功率预测平台，短期预测精度采用先进的电力电子变流技术，实现可控的并网快速功率调节，液流电池提供长时能量支撑储达以上调度系统基于预测结果优化储能功率输出系统可根据电网需求灵活调整有功和85%能系统可在秒内响应功率指令，将风光联合出充放电计划，实现风光储的最优协同运行，显著无功功率，提供电压支撑和频率调节服务，增强1力波动率从降低至以内提升新能源消纳能力和经济效益电网对新能源的接纳能力±30%±5%张北项目的成功运行证明了风光储一体化技术路线的可行性和优越性项目投运以来，累计发电量超过亿千瓦时，储能系统循环充放电超过1005000次，有效验证了大规模储能系统的可靠性和经济性项目经验为后续新能源基地建设提供了重要参考国内外风储联合调频研究进展国际前沿研究方向国内技术创新亮点虚拟惯性控制模拟同步发电机转子惯性，提升系统惯量新型控制算法模型预测控制、自适应控制、鲁棒控制等下垂控制优化改进传统下垂特性，增强频率支撑能力多机协调策略考虑风场内多台机组的协同优化控制多时间尺度协调统筹秒级、分钟级、小时级调节资源源网协同技术风储系统主动支撑电网稳定运行深度学习应用利用AI技术优化控制策略和预测精度经济运行优化兼顾技术性能和经济效益的优化目标欧洲典型项目中国典型项目英国Hornsea海上风电场（

1.2GW）配置100MW储能，参与电网平衡市青海共和光伏园区配置100MW储能，创造连续15天100%清洁能源供电纪场，年收益超过500万英镑德国Enertrag混合发电厂实现风光氢储多能录内蒙古乌兰察布风电基地规划配套300MW储能系统互补典型风储联合调频控制案例分析案例背景某200MW风电场配置40MW/80MWh储能系统，参与电网一次调频和AGC（自动发电控制）服务该项目采用基于MPC的分层协调控制策略，实现风机和储能的最优功率分配扰动发生风机跟进调节电网负荷突增，频率下降

0.15Hz5秒内完成桨距角调整，增加10MW出力1234储能快速响应协同稳定500ms内输出15MW支撑功率15秒后频率恢复至

49.95Hz，进入稳态控制效果量化评估经济效益分析•频率最大偏差

0.15Hz→

0.05Hz（降低67%）年调频服务收入约1200万元•频率恢复时间25秒→15秒（缩短40%）减少弃风损失约800万元•风机减载损失8%→3%（降低62%）储能系统投资回收期约6-7年•储能SOC波动±15%→±8%（降低47%）项目综合内部收益率

12.5%该案例充分展示了MPC控制策略的优越性通过滚动优化预测未来风电出力和储能状态，系统能够提前做出最优决策，避免频繁的大幅度调节，既保证了控制效果，又延长了设备寿命，实现了技术性能和经济效益的双重优化储能技术发展趋势与挑战技术进步方向新型储能技术电池能量密度提升新型正负极材料研固态电池更高能量密度和安全性，但成发，能量密度目标500Wh/kg本高昂循环寿命延长电池管理系统优化，目标钠离子电池资源丰富成本低，但能量密循环次数10000次以上度较锂电池低成本持续下降规模化生产和技术进步，液态金属电池长寿命低成本，适合大规2030年成本目标

0.3元/Wh模储能安全性能增强热失控防护、智能预警、超级电容功率密度高响应快，适合短时消防联动系统高频调节面临的主要挑战经济性压力初始投资大，商业模式有待完善安全风险电池热失控、火灾等安全隐患需重视标准体系技术标准和检测认证体系不够完善回收利用退役电池处理和资源回收机制待建立储能系统安全与运维要点热管理系统安全防护措施电池温度是影响性能和安全的关键因素热管理系统采用液冷或多层次安全防护体系包括电池单体过充过放保护、模组级均衡风冷技术，将电池温度控制在最佳范围需实时监测单管理、系统级故障隔离、火灾自动报警和灭火系统采用气溶胶15-35℃体电池温度，温差控制在以内，避免局部过热导致热失控或水喷淋灭火技术，配备应急通风和人员撤离通道5℃状态监测技术运维管理规范建立完善的（电池管理系统）实时采集电压、电流、温制定详细的运维操作规程和应急预案定期进行容量测试、绝缘BMS度、、等参数通过大数据分析识别异常状态，预测检测、消防演练建立电池全生命周期档案，记录充放电循环、SOC SOH电池寿命和故障风险远程监控平台实现无人值守和智能运维故障处理、性能衰减等信息培训专业运维人员，确保操作安全储能系统智能监控中心该监控界面展示了储能系统的实时运行状态和关键参数主屏幕显示储能系统的总体拓扑结构和能量流动，包括充放电功率、状态、电池温度分布SOC等左侧窗口实时监测各电池模组的电压、电流、温度曲线，异常数据会自动标红预警右侧显示历史运行数据和性能分析报告下方控制面板可远程下发控制指令，调整运行模式和参数设置系统采用智能诊断技术，能够提前识别潜在故障，自动生成运维建议，显著提升系统可靠性和运维效率AI风电储能系统未来展望智能微电网构建风储光柴多能互补的智能微电网，实现源网荷储协同优化，提升供电可靠性和经济性云储能平台建设分布式储能云平台，聚合海量储能资源参与电网调节，创新共享储能商业模式氢储能集成风电制氢与储氢技术结合，实现长周期大容量能量存储，拓展储能应用场景碳中和目标风储深度融合支撑高比例可再生能源电力系统，助力实现2030碳达峰、2060碳中和目标随着双碳目标的推进和新型电力系统建设的深入，风电储能系统将在能源转型中发挥更加重要的作用未来发展重点包括技术创新突破（固态电池、长时储能等）、成本持续下降（目标2030年

0.3元/Wh以内）、商业模式创新（共享储能、容量租赁等）、标准体系完善（安全标准、并网标准等）、政策机制优化（价格机制、补贴政策等）预计到2030年，中国新型储能装机将达到100GW以上，其中风电配套储能占比超过40%，成为构建新型电力系统的重要基石培训总结与关键知识点回顾风电储能系统设计核心技术•储能容量配置优化功率与能量容量的权衡1•风机功率调节变桨距控制、MPPT、减载策略•储能系统选型电化学储能与物理储能的特点对比•系统集成架构风储电气连接与通信方案控制策略与电网调频应用•风储联合控制框架预测层、决策层、执行层2•MPC模型预测控制多目标优化与滚动优化•电网调频参与机制一次调频与二次调频•变利用率策略转子动能利用与功率优化典型案例与技术趋势•张北风光储输项目大规模一体化示范工程3•国内外研究进展虚拟惯性、深度学习应用•储能技术发展固态电池、钠离子电池等新型技术•安全运维管理热管理、状态监测、故障诊断通过本次培训，我们系统学习了风电储能系统的理论基础、设计方法、控制技术和工程应用掌握这些知识将有助于从事风电储能项目的规划、设计、运营和管理工作，推动新能源技术进步和产业发展互动问答环节储能系统如何选择合适的容量配置？控制相比传统控制有哪些优势？储能系统的投资回收期一般是多久？MPC需要综合考虑风电场规模、风况特征、电网要MPC能够处理多目标优化、考虑约束条件、取决于项目规模、收益模式、电价政策等当求、经济成本等因素一般推荐功率容量为风预测未来状态、滚动优化调整特别适合风储前典型项目投资回收期6-10年随着储能成电装机的15-25%，储能时长1-4小时可通这种多变量、强耦合、有约束的复杂系统控本下降和市场机制完善，未来有望缩短至5-7过历史数据分析和仿真优化确定最优方案制，能显著提升控制性能和经济性年，经济性将持续改善欢迎学员提出更多问题，我们将逐一解答，帮助大家深化理解和掌握风电储能系统的关键技术要点培训结束后，也可以通过邮件或技术支持渠道继续交流探讨参考文献与资料推荐核心学术论文•《风储联合系统参与电网调频的协调控制策略》-中国电机工程学报,2023•《基于模型预测控制的风电储能系统优化运行》-电力系统自动化,2024•《大规模储能系统容量配置与经济性分析》-电网技术,2023•Frequency regulationby wind-storage hybridsystem:A review-Renewable andSustainable EnergyReviews,2023•Optimal sizingof energystorage systemfor windpower plants-IEEE Transactionson EnergyConversion,2024技术标准规范•GB/T36547-2018《电化学储能系统接入电网技术规定》•GB/T36548-2018《电化学储能系统接入电网测试规范》•NB/T42056-2015《风电场储能系统技术规范》•IEC62933《电能储能系统》系列国际标准行业报告与白皮书•《中国新型储能产业发展白皮书2024》-中国能源研究会•《风电配套储能系统应用指南》-中国可再生能源学会•《新型电力系统储能技术路线图》-国家能源局联系方式与后续支持培训讲师团队技术支持渠道首席讲师张教授在线技术论坛新能源技术专家，二十年从业经验www.windstoragetech.com/forum邮箱zhang.prof@windstoragetech.com工程师24小时在线答疑电话138-0000-1234技术资料下载技术顾问李工程师www.windstoragetech.com/resources储能系统设计与运维专家提供课件、案例、工具软件等资源邮箱li.engineer@windstoragetech.com企业合作咨询电话139-0000-5678business@windstoragetech.com提供项目咨询、方案设计、技术培训等服务我们致力于为风电储能行业从业者提供持续的技术支持和知识更新欢迎加入我们的技术社区，获取最新行业动态、技术资讯和项目案例定期举办线上线下技术交流活动，促进行业经验共享和协同创新谢谢聆听！期待风电储能共创绿色未来风电储能技术是实现碳中和目标的关键路径，也是构建新型电力系统的重要基石让我们携手推动技术创新和产业发展，为建设清洁低碳、安全高效的能源体系贡献力量期待与各位同仁在未来的项目中深入合作，共同创造更加美好的绿色能源未来！。