近年來，由于石化資源的日益減少，利用風能、太陽能等可再生能源的分布式發(fā)電逐漸興起，以應對常規(guī)能源的枯竭和產(chǎn)生的環(huán)境問題。其中風力發(fā)電在新型能源中技術(shù)最成熟、成本最低、發(fā)展最為迅速。

風力發(fā)電具有不穩(wěn)定性，不能保證持續(xù)的發(fā)電供給。風力發(fā)電的能量源一一風，是一種自然資源，在很大程度上依賴于天氣、地理以及其他因素，且風力發(fā)電還具有波動性。因此，大規(guī)模風力發(fā)電并入電力系統(tǒng)會造成電網(wǎng)頻率波動等多方面的影響。對于小幅度的頻率波動，依靠傳統(tǒng)的水力發(fā)電和火力發(fā)電可以進行很好的頻率控制。然而，大型風電場并入電網(wǎng)是未來能源規(guī)劃的發(fā)展趨勢，因風電場的不穩(wěn)定性，很可能出現(xiàn)停機脫網(wǎng)，重新啟動并網(wǎng)的情況，當大型風電場開啟并注入電網(wǎng)時，如果負荷頻率控制LFC（loadfrequencycontrol）的容量不夠，單依靠常規(guī)電廠很難進行有效的頻率控制。因此，儲能系統(tǒng)如NAS電池系統(tǒng)等被推薦用來參與系統(tǒng)頻率的控制。

電池系統(tǒng)的引入，可以作為電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)所需的容量儲能設(shè)備，特別是在風電場脫網(wǎng)或并網(wǎng)時，電池系統(tǒng)可通過其充放電功能來平衡電力系統(tǒng)的發(fā)電供給和負荷需求，并控制互聯(lián)電力系統(tǒng)之間的大幅度潮流傳輸，參與系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)，抑制頻率的大幅波動。

系統(tǒng)的頻率控制進行了分析，給出了系統(tǒng)各控制模塊的模型，在大型風電場注入電力系統(tǒng)的情況下（平抑風電場脫網(wǎng)與并網(wǎng)對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響所需要的調(diào)節(jié)容量基本相同，所以只需討論一種情況），對含電池儲能系統(tǒng)和不含電池儲能系統(tǒng)的頻率控制進行對比，并分析了電池系統(tǒng)容量對頻率控制的影響。

系統(tǒng)分析模型本文建立了兩區(qū)互連電力系統(tǒng)仿真模型。如所示，電力系統(tǒng)區(qū)域1和2是通過聯(lián)絡(luò)線相互連接，并假定風電機組和電池系統(tǒng)安裝在區(qū)域2.電池系統(tǒng)作為儲能設(shè)備參與互聯(lián)電力系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)包含了常規(guī)發(fā)電頻率調(diào)節(jié)模型，LFC模型，風電場模型和電池系統(tǒng)模型。

頻率調(diào)節(jié)原理電力系統(tǒng)功率平衡是一個供需隨時平衡的動態(tài)過程。當系統(tǒng)頻率波動時，同步發(fā)電機組通過調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)原動機輸入功率，使發(fā)電機組輸出功率與負荷需求平衡。在電力系統(tǒng)中，同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速偏差Aco和系統(tǒng)頻率偏差A/呈線性關(guān)系，由發(fā)電機組輸出的機械功率和電磁功率的關(guān)系式可表示為在分析負荷頻率控制特性時，考慮的是系統(tǒng)中所有發(fā)電機的整體特性，策略上假設(shè)所有發(fā)電機對系統(tǒng)負荷變化的同調(diào)響應，并將其等效為一臺發(fā)電機，等效發(fā)電機的慣性常數(shù)M6q等于所有發(fā)電機組的慣性常數(shù)之和，直接由所有的原動機輸出機械功率控制其變化。本文了的頻率特性控制模型，可得出如所示的頻率調(diào)節(jié)圖，傳遞函數(shù)中A為負荷阻尼常數(shù)。

聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)節(jié)原理在有關(guān)互聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線潮流控制中，根據(jù)的直流潮流法，可得到聯(lián)絡(luò)線有功功率潮流Pi2表達式為的相角。

假定線路間的功率潮流從區(qū)域1流向區(qū)域2，并因電機轉(zhuǎn)速偏差Ao和系統(tǒng)頻率偏差A/呈線性關(guān)系，且假設(shè)Ao=々A/.則相應額定功率的有關(guān)功率偏差AP12可表示為常規(guī)發(fā)電機組頻率調(diào)節(jié)模型當系統(tǒng)頻率波動時，會引起各常規(guī)機組控制系統(tǒng)調(diào)速器調(diào)節(jié)原動機輸入功率，控制各常規(guī)機組的輸出功率，使發(fā)電機組輸出功率與系統(tǒng)負荷重新達到平衡，從而使系統(tǒng)頻率維持穩(wěn)定。本文建立的火電機組和水電機組調(diào)節(jié)模型如和4所示。

火電機組頻率調(diào)節(jié)模型Fig.參數(shù)進行修改，得出了風電場輸出功率如所示。風力發(fā)電機組的啟動設(shè)為電動機啟動，所以開始啟動時呈現(xiàn)輸出功率為負，即電力系統(tǒng)向風電機組提供功率啟動。隨著風速的增加，風電機組進入正常運行狀態(tài)。

水電機組頻率調(diào)節(jié)模型Fig.LFC模型在控制區(qū)域中，LFC的基本構(gòu)建信號為負荷調(diào)度中心所測量的系統(tǒng)頻率和系統(tǒng)區(qū)域互聯(lián)的潮流功率，經(jīng)過其控制系統(tǒng)處理，使發(fā)電機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)等作出相應的響應來調(diào)整其輸出。本文的LFC模型如所示。

風電場模型因為風電場的輸出功率與風速的三次方成正比，所以本文運用中的風速模型，對模型風電場模型Fig.電池系統(tǒng)模型本文中的電池系統(tǒng)引入了NAS電池，其特點為能夠儲存大容量電能并能夠分散的安裝在電力系統(tǒng)中，可以快速高效的充電并且在一般情況下不會自放電。它能夠在緊急情況下迅速靈活的向系統(tǒng)補償所需的有功功率。此外，該電池比以往的更加高效和耐用。為了能很好的保護電池系統(tǒng)，文中了的傳遞函數(shù)模型，把電池系統(tǒng)的儲存容量和輸出功率設(shè)置了上下限，其初始容量設(shè)置為其額定容量的一半，并假設(shè)其在理想情況下進行工作。本文所應用的電池系統(tǒng)模型如所示。

系統(tǒng)容量參數(shù)機組容量/MW總負荷/MW區(qū)域1火電水電火電區(qū)域2水電風電利用上述風電場模型，其最大的輸出功率約為1430MW.2.1電池系統(tǒng)及其容量大小對頻率控制的影響本文中，考慮了并入風電場時不含電池系統(tǒng)和包含電池系統(tǒng)對頻率控制的影響，并設(shè)采用電池系統(tǒng)的儲存容量和輸出功率分別為（80MWh，300MW）和（130MWh，500MW）。當如所示風電場并入電力系統(tǒng)時，在區(qū)域2中，系統(tǒng)頻率偏差振蕩如所示，當不含電池系統(tǒng)時，其最大頻率偏差為0.26Hz，而當包含電池系統(tǒng)時，特別當其是大容量電池系統(tǒng)時，其頻率偏差明顯減少，如當電池容量為（130MWh，500MW）時，其最大頻率偏差為0.15Hz.在區(qū)域1中區(qū)域1只受聯(lián)絡(luò)線傳輸功率引起的頻率波,因風電場引起的功率不平衡在區(qū)域2已有部分被同調(diào)吸收，且聯(lián)絡(luò)線上的傳輸功率已大幅小于風電場引入的功率，其頻率偏差明顯小于含風電場的區(qū)域2，同樣當其電池系統(tǒng)容量增大時，其頻率偏差更是明顯減少。而區(qū)域之間線路的有功潮流如1所示，也因電池系統(tǒng)特別是當其容量逐步加大時，其功率傳輸?shù)玫矫黠@控制。隨著系統(tǒng)頻率偏差增大時，其線路間的功率傳輸也明顯加劇。

其累積的能量當達到時間530s時，其儲存的能量達到極限，不能繼續(xù)充電儲能，而此時的輸出功率則從約-790MW突變?yōu)榱?，并將對系統(tǒng)頻率和互聯(lián)線路間的功率傳輸產(chǎn)生劇烈的影響。因此，將電池系統(tǒng)儲能應控制在其額定容量范圍內(nèi)。

本文在大型風力發(fā)電場并入電網(wǎng)的情況下，通過Matlab/Simulink仿真建模，分析了電池系統(tǒng)及其容量大小對電網(wǎng)頻率控制的影響。通過互聯(lián)線路功率模型，與不包含電池系統(tǒng)的模型進行對比，很好地驗證了電池系統(tǒng)特別是當其容量逐步加大時，對抑制大量風電注入引起的頻率波動的有效性，提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時驗證了電池系統(tǒng)儲能須控制在額定范圍內(nèi)，才能持續(xù)有效地參與互聯(lián)電力系統(tǒng)頻率的控制，因此需要根據(jù)實際應用情況來選取電池系統(tǒng)容量的大小。