含电池储能风电场的电力系统风险评估
风电场市场分析与需求评估
风电场市场分析与需求评估目录一、说明 (2)二、风电行业发展趋势分析 (3)三、区域能源需求分析 (7)四、风电项目经济性分析 (12)五、环境影响评估 (18)六、社会效益评估 (23)七、报告总结 (28)一、说明声明：本文内容来源于公开渠道或根据行业大模型生成，对文中内容的准确性不作任何保证。
本文内容仅供参考，不构成相关领域的建议和依据。
风电场项目通过有效的资源利用、合理的风机选型和高效的运营管理，旨在实现经济效益的最大化。
在项目运行后，通过出售电力、获得政府补贴等多种收入来源，项目将力求为投资方提供稳定的回报。
风电场的建设也能带动地方经济发展，创造就业机会，促进相关产业的繁荣。
许多国家和地区针对风电项目提供了多种形式的政府补贴和政策支持，包括上网电价补贴、税收优惠、财政补贴等。
这些补贴政策可以大大提升风电项目的经济性，减少项目投资的回收期，增加项目的投资吸引力。
风电项目所在地区的政策支持力度和稳定性是项目成功的一个重要保障。
随着全球碳达峰和碳中和目标的设定，风电作为清洁能源的代表，正受到前所未有的关注。
根据联合国气候变化框架公约（UNFCCC）相关会议的要求，全球各国已承诺到2050年实现碳中和，这为风电行业的长期发展提供了强大的市场需求支撑。
风电项目的运营成本中，设备运维费用是最主要的组成部分。
风电机组在运行过程中需要定期维护和检修，包括润滑、清洁、部件更换、故障排除等，确保风电机组的正常运行。
设备的可靠性、技术水平和运维管理水平会直接影响到运维成本。
本项目在风电场的选址、建设和运营阶段，将严格遵守相关环保法规，开展详细的生态环境影响评估，确保风电场建设不会对周围的生态系统和生物多样性产生负面影响。
在设计时，充分考虑鸟类栖息地和迁徙通道等因素，采取有效措施防止对野生动物的干扰与伤害，确保项目与生态环境和谐共生。
二、风电行业发展趋势分析（一）全球风电行业发展概况1、全球风电装机容量持续增长全球风电行业近年来呈现出快速发展的趋势。
风电储能系统运行分析及控制策略探究与讨论
风电储能系统运行分析及控制策略探究与讨论摘要：本文首先分析了风力发电机的类型，然后对风电储能系统运行分析及控制的应用实践进行阐述，最后总结了几点风电储能系统运行的控制策略，主要包括储能设备的选择及分析、提高含风电电力系统的暂态稳定性、相关注意要点，以此来不断提升风电储能系统运行效率，同时保证良好的控制效果。
关键词：风电储能系统；运行分析；控制策略目前，能源互联网概念应运而生，储能在未来能源系统发展中起到了重要的作用。
在储能技术的分类方面，物理储能、化学储能和电磁储能类型为重要的组成。
其中，针对于化学储能，技术发展速度较快，分析其优势，具有良好的环境适应性，且占地少、工期短等。
同时，在新能源产业不断发展过程中，要想实现清洁能源的高效利用，储能已经成为了人们共同关注的焦点话题之一。
因此，应对风电储能典型运行工况进行深入分析，将不同类型储能电池运行中的特性及差异高度明确化，以此来为后期储能设计与控制助益。
一、风力发电机的类型首先，双馈异步风力发电机。
这种机型具有变速恒频发电系统的称号【1】，其风力机的变速运行状态可以实现，运行速度的调节范围比较广阔，满足利用效率的提升需求；发电机本身对另外附加无功补偿设备也没有提出过高的要求，功率因数的调节范围较为固定，所以调节无功功率出力的能力可以保证。
其次，目前，在国内运行风电场的机组中，异步风电发电机得到了广泛应用，对其特点进行分析，结构简单、运行可靠等优势突出。
要想使电网对风电场功率因数的要求得到满足与实现，在机端并联补偿电容器的方法更为常用，在其补偿策略中，应将若干组固定容量的电容器配置在异步发电机。
通常来说，风速大小与气候环境变化之间联系密切，驱动发电机的风力机运行风速不可能全程额定，所以要想将低风速时的风能利用水平提升上来，应对全年的发电量予以增加，所以双速异步发电机更为适用。
最后，直驱式交流永磁同步发电机。
对于齿轮箱这一部件，在大型风力发电机组运行方面具有较强的影响力，且故障的发生几率较高。
电池储能系统测试和认证方案
北美储能适用标准
序号 1 2
标准 UL 9540A UL 1973
适用范围 评估热失控火焰传播的试验方法安全标准 储能电池安全标准
2.北美电池储能认证标准
二、 NRTL认证（UL标准）
北美储能适用标准
序号 1 2
标准 UL 1973 UL 9540A
适用范围 储能电池安全标准 评估热失控火焰传播的试验方法安全标准
UL 1973： 针对储能用电池、 电动轨道和铁路应用的辅助电池 ， 覆盖了各类锂电池、 液流电池以及高温钠电池等电池
测试项目 静电 辐射电磁场 电快速脉冲群 浪涌 电流注入 工频磁场 电压跌落和中断
电流谐波
闪烁
感谢聆听!
3.欧洲电池储能认证标准
三、 CB认证（IEC标准）
CB体系是国际电工委员会（IEC） 与欧洲电器设备合格测试国家委员会（CEE） 成立国际电 工委员会电工产品合格测试与认证组织（IECEE） ，建立了一套电工产品全球互相认可体系。 全 球 有 5 4 个国家 参加这一互 认制度 , 这一组织 的成员国及成 员机构正在不 断 扩大。 取得CB证 书后 ，可以较方便地转换成其它机构的认证证书 ， 由此取得进入相关国家市场的准入证。
1907/2006/ EC
HF POPS
HalogenFree无 卤 化 要 求
持 久 性 有 机 污 染 物 Persistent OrganicPollutants
企业可以发展储能峰谷套利业务之评估及建议
企业可以发展储能峰谷套利业务之评估及建议发展储能峰谷套利业务可以使企业在电力市场中利用电力价格的波动来赚取利润。
以下是对企业发展储能峰谷套利业务的评估和建议：1.市场分析：首先，进行市场分析，评估当地电力市场的供需情况、电力价格波动性以及峰谷差价水平。
了解市场的竞争情况，确定是否存在较大的电力峰谷差价，以确定发展储能峰谷套利业务的可行性和潜在利润。
2.技术评估：进行技术评估，考虑和确定适合企业的储能技术，例如蓄电池储能系统、压缩空气储能系统或水泵蓄能系统等。
评估储能系统的能量容量、功率输出、循环寿命等技术指标，以满足所需的套利需求。
3.风险评估和管理：评估和管理与储能峰谷套利业务相关的风险。
这包括技术风险、市场风险和政策风险等。
确保储能系统的可靠性、安全性和可持续性，同时关注市场的变化和政策环境，制定相应的风险管理计划和应对措施。
4.成本效益分析：进行成本效益分析，考虑储能设备的投资成本、运维成本以及预计能够获得的套利收益。
综合考虑储能系统的成本和收益，进行经济评估，确保项目的可持续性和盈利能力。
5.套利策略和运营规划：制定合适的套利策略和运营规划，根据电力市场的价格波动情况和需求曲线，优化储能系统的充放电策略。
合理安排峰谷能量的买卖时机，实现系统的最大化套利效益。
6.合规和政策支持：了解并遵守当地的法律、法规和政策，确保企业储能峰谷套利业务的合规运营。
同时，关注政府对储能发展的支持政策和刺激措施，以便获得更好的政策支持和市场回报。
综上所述，企业在发展储能峰谷套利业务前，应进行充分的市场分析、技术评估、风险管理和成本效益分析。
制定适合的套利策略和运营规划，并遵守合规要求和政策支持。
这将有助于企业在储能市场中实现稳定的利润和可持续的发展。
储能技术的可靠性与安全性分析
储能技术的可靠性与安全性分析储能技术，作为可再生能源发展的重要组成部分，具有重要的应用价值和市场潜力。
然而，储能系统的可靠性和安全性一直是人们关注的焦点。
本文将对储能技术的可靠性和安全性进行分析，以评估其在实际应用中的可行性和问题。
一、储能技术的可靠性分析储能技术的可靠性是指系统在设定的运行条件下，能够持续稳定地工作的能力。
储能系统的可靠性主要受以下因素影响：1. 电池性能：电池是储能技术中最常用的能量存储设备之一，其可靠性直接关系到整个储能系统的效能。
电池的寿命、容量衰减以及热管理等方面的性能必须得到充分考虑，以确保其可靠性。
2. 控制系统：储能技术的控制系统是实现能量存储和释放的关键。
控制系统的可靠性包括系统的安全控制、保护措施和故障处理等方面。
合理设计和严密的控制系统能够提高储能技术的可靠性。
3. 可靠性设计：储能技术的可靠性设计包括可靠性分析、故障诊断和纠正等。
通过合理的设计，可以提高储能系统的可靠性，并降低故障风险。
4. 储能系统中其他关键组件和连接件的可靠性：储能系统中除了电池和控制系统外，还包括其他关键组件和连接件，如电力电子器件、传感器和电缆等。
这些组件和连接件的可靠性直接影响储能技术的可靠性。
在实际应用中，储能技术的可靠性面临一些挑战。
例如，电池的寿命问题、电池容量衰减、控制系统故障等都需要得到解决。
为了实现储能技术的可靠性，需要不断对系统进行监测和维护，并加强对系统的安全保护。
二、储能技术的安全性分析储能技术的安全性是指系统在运行过程中不会对人员和环境造成危害的能力。
储能系统的安全性主要受以下因素影响：1. 安全评估：储能技术的安全性评估是系统工程中不可或缺的一环。
通过对储能技术进行全面的安全评估，可以发现潜在的安全风险，并采取相应的措施进行预防。
2. 环境因素：储能技术的安全性与环境因素密切相关。
诸如温度、湿度、震动等环境因素都会对储能系统的安全性产生影响，因此需要在设计中加以考虑。
独立储能电站安全技术与评价精选全文完整版
1.锂电储能事故统计：电动自行车事故频
发
➢ A 锂离子电池自行车事故频发
市场渗透率
铅酸等 76.5% 锂电池 23.5%
2021年1月到7月，全国发生的电动自行车火灾事故已达 6462起，平均每个月事故超过900起。80％的电动自行车火 灾发生在充电环节，绝大部分事故由于锂电池燃爆引起。 当下全国电动自行车保有量为3.2亿辆。 经统计21年：18000余起、亡57人。
一、新型储能技术发展现状
1.新型储能发展规模及趋势
➢ 锂电储能仍然占据主导地位 ，规模化和分散式应用广泛
电化学储能产业 发展迅猛
超级电容器 0.20%
液流电池 0.70%
铅蓄电池 10.20%
其它 0.10%
中国新型储能市场累计装机规模（2000-2021）
锂离子电池 88.80%
截至2021年底全国累计电化学储能电站 装机规模占比（单位：%）
锂离子电池 3.3～3.7 130～260
2500～5000 1600～2500
钠离子电池 2.8～3.5 80～200
2000～4000 1200～2200
全钒 1.5
液流电池 锌溴
1.82
20～30
70～80
8000～10000
4000～5000
4500～6000
2000～3500
钠硫电池 1.8～2
电 池 采 集 /均 衡 模 块 ESBMM
能量管理系统 EMS
L AN
本地能量管理系统 LEMS
LAN/ RS485
动环监控系统
水浸检测 门禁检测 温度检测 湿度检测
空调
CAN0
电电池池采组集控/ 均制衡模模块块 EESSBGMUM
储能系统的经济性评价及成本效益分析
储能系统的经济性评价及成本效益分析储能系统被广泛应用于电力系统中，具有平衡供需、提高系统稳定性、降低能源消耗等多个优势。
然而，储能技术一直面临成本高、经济不可行等挑战。
因此，在选择储能系统时，经济性评价和成本效益分析是至关重要的环节。
首先，经济性评价是储能系统选择过程中的重要一环。
经济性评价包括成本效益分析、回收期、现金流量分析等。
其中，成本效益分析是最基本的评价手段之一。
成本效益分析主要评估投资储能系统所需的成本与系统能提供的效益之间的关系。
成本包括配置投资、运维维护、能耗成本等。
效益可以通过降低电网负荷峰值、提高可再生能源利用率、应对电力市场价格波动等来实现。
通过比较系统投资产生的效益与成本，可以得出系统是否具备经济可行性的结论。
其次，储能系统的成本效益分析也需要考虑不同类型储能技术的细节。
目前常见的储能技术包括电池能量储存、压缩空气储能、抽水蓄能等。
每种技术都具有不同的特点和成本结构。
例如，电池能量储存技术目前最为成熟，但成本较高；压缩空气储能技术具有较低的投资成本，但在能量转换效率上相对较低。
因此，在成本效益分析中，需要综合考虑技术的优势、劣势、成熟度以及市场需求等因素。
在成本效益分析中，除了考虑储能系统的固定成本外，还需要关注储能系统的运行和维护成本。
由于储能系统需要长期的运营和维护，这些成本将对系统的经济性产生重要影响。
因此，储能系统的可靠性和寿命也是影响其成本效益的重要因素。
同时，还需要考虑投资的回收期。
由于储能系统的投资通常较为庞大，因此需要评估系统运行多年后能够回收投资的时间，以确定系统的经济可行性。
此外，储能系统的成本效益分析还需要考虑其对电力系统的价值和效益。
储能系统可以提高电网的稳定性和可靠性，减少能源消耗，改善电力质量等。
这些效益对于电力系统的正常运行和可持续发展至关重要。
因此，在进行成本效益分析时，需要综合考虑这些因素，并与电力系统的运行需求相匹配。
最后，储能系统的成本效益分析还需要考虑相关的政策和市场环境因素。
风力发电场并网安全条件及评价规范(2020修订)-编制说明
1 附件 《风力发电场并网安全条件及评价规范 （修订征求意见稿）》编制说明
一、修订背景 《风力发电场并网安全条件及评价规范》（以下简称《规范》）自2011年9月实施以来，在提高风机设备性能和规范风电并网管理等方面发挥了重要作用。近年来，党中央、国务院高度重视新能源发展工作，出台一系列法规政策，对新能源与特高压快速发展背景下的电力系统安全稳定运行提出更高要求。随着新能源大规模并网、直流群大量接入，电力系统稳定特性、平衡能力和潮流分布发生深刻变化，海上风电快速发展、网络安全重要性不断提高，原《规范》在系统频率和电压的调节能力、电能质量适应性、风电并网安全条件差异化等方面的规定，无法完全适应当前电力安全生产形势，需要根据最新技术标准和政策文件、新技术发展等情况，对原《规范》作出修订，以更加准确评估风电场的并网安全条件，促进源网协调友好互动，保障电力系统安全稳定运行。 二、修订内容 一是收集相关的法律法规、规程条文及行业的管理规定，对过期的编制依据进行梳理及更新。 2
二是新增海上风电、网络安全相关内容和条款，包括海上风电柔直、海上升压站和海底电缆等设备，以及消防、应急电源、应急预案管理等，电力监控系统安全防护设备本体安全、运行安全以及物理安全等条款。 三是修订完善一次调频、高电压穿越、风-储协同与振荡抑制评价内容，包括补充风电场一次调频、风电机组及无功补偿装置高电压穿越等能力要求，以及风电场储能设备及其控保装置的技术要求。 三、修订过程 2020年4月，国家能源局委托国网冀北公司具体承担修订工作。国网冀北公司于5月确定修订原则与目标，制定修订总体规划，编制完成修订大纲；6月，确定任务分工和进度安排，并开展调查研究工作，征集国网公司所属部分单位修订意见93条；7月，完成章节内容编写，形成初稿；8月，征集国网公司各调度单位修订意见201条；8月，召开国网公司内部专家论证会，征集意见26条；9月初，召开电力行业专家论证会，征集意见41条；根据上述意见修改完善后报送国家能源局。 2020年9月7—22日，国家能源局征求电力行业各有关单位意见，征集到的意见主要涉及规范适用范围，评价依据及必备项目，电气一次设备、安全管理评价内容等方面。国家能源局组织国网冀北公司认真梳理研究意见内容，吸收合理意见建议，进一步修改完善后形成《规范》修订征求意见 3
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第38卷 第8期 电 网 技 术 Vol. 38 No. 8 2014年8月 Power System Technology Aug. 2014
文章编号：1000-3673（2014）08-2087-08 中图分类号：TM 73 文献标志码：A 学科代码：470·4054
含电池储能风电场的电力系统风险评估 蒋程，刘文霞，张建华 （新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)，北京市 昌平区 102206）
Risk Assessment for Power System With Wind Farm and Battery Energy Storage JIANG Cheng, LIU Wenxia, ZHANG Jianhua (State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System With Renewable Energy Sources (North China Electric Power University), Changping District, Beijing 102206, China)
ABSTRACT: The output model of wind farm is proposed taking account into the time-varying characteristics of failure rate and derating rate for wind turbines and the complex wake effects of wind farm. The output model of battery energy storage system is proposed considering the charging and discharging constraints, capacity constraints and forced outage rate of the battery energy storage. And then combining the proposed output models, the integrated model of wind farm can be proposed based on different scheduling strategies of wind farms. According to the integrated model, the risk assessment processes and methods are given. The calculation and analysis of improved IEEE-RTS 79 case was carried out, and the simulation results verify the effectiveness of the proposed model and the method.
KEY WORDS: scheduling strategies; battery energy storage; wind farm; output model; risk assessment; wake effects
摘要：考虑风电机组的时变故障率和降额率以及风电场复杂尾流效应的影响，建立了风电场的出力模型；考虑电池储能的充放电约束和容量约束以及其故障率的影响，建立了电池储能系统的出力模型。综合上述2个出力模型，考虑不同风能调度策略得到了含电池储能风电场的出力模型。基于该模型给出了含电池储能和风电场的电力系统风险评估的具体流程和方法。改进IEEE-RTS 79算例仿真和分析，验证了上述模型和方法的正确性和有效性。
关键词：调度策略；电池储能；风电场；出力模型；风险评估；尾流效应 DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2014.08.011
0 引言
随着风电并网容量的增加，风电的随机性使电力系统运行状态更加复杂多变，对于电网结构薄弱的区域电网，风电并网的影响更为显著。
基金项目：国家863高技术基金项目(2012AA050201)。 The National High Technology Research and Development of China 863 Program (2012AA050201).
国内外关于风电场的出力模型已有较深入的研究，文献[1-5]考虑了风能的随机性、尾流效应、风电机组老化和故障等环节，建立了风电场的出力模型。虽然上述模型考虑了风机的故障率，但故障率采用一个固定值，没有考虑外界环境，如风速对它的影响，这对坐落在相对恶劣环境中的风机来说，有点不妥。这些模型都没有考虑风电机组的降额状态，而根据风电场历史数据分析，风机处在降额状态的时间相对较长，在建立风电场输出模型时，大多数研究人员只考虑平坦地形的简单尾流效应，这种建模方法不适用处在山区或丘陵等复杂地形的风电场，因此上述风电场的出力模型与实际可能存在一定的偏差。 风电具有间歇性和随机性的特点[6-7]，大规模风电并网将给电力系统带来较大的风险[8-11]。由于电池储能系统具有灵活的充放电能力，常常通过在风电场中安装电池储能设备来降低电力系统的风险[12]。 关于电池储能接入的风电场出力模型的研究相对较少，文献[13]建立了含储能的风电机组出力模型，但没有给出风电场出力模型，文献[14-18]建立了含储能风电场的出力模型，其中考虑了储能的充放电约束、电量约束和风电接入比例等约束，但没有考虑风电机组的强迫停运和故障降额状态，同时也没考虑电池储能系统的强迫停运率，所以该模型与实际有一定的偏差。 综上所述，考虑复杂地形上处在风速下游的风机受到上游多台风机影响，本文建立部分遮挡尾流效应模型，结合风速的自回归滑动平均模型建立风电场的出力模型，考虑电池储能的故障停运建立不同调度策略下电池储能系统的出力模型，综合风电场出力模型和电池储能系统的出力模型建立含电池储能风电场的出力模型。应用此模型对改进IEEE-RTS 79算例进行发电系统充裕性风险评估，2088 蒋程等：含电池储能风电场的电力系统风险评估 Vol. 38 No. 8 分析不同调度策略下风电的最大接入比例、电池储能充放电约束和电池储能电量对评估结果的影响。 1 常规风电场的出力模型 本文主要考虑风电场的复杂尾流效应、风电机组的时变故障率等建立其出力模型。 1.1 复杂地形尾流效应模型 在大型风电场中，由于尾流效应的影响，坐落于下风向的风电机组风速将低于上风向的风电机组风速，Jensen模型能够较好地模拟平坦地形的尾流情况[16]，但由于风电场一般坐落较复杂地形中，其海拔高度各不相同，需要考虑风机海拔高度的影响。一般尾流效应中仅考虑上风向1台风机的影响，但当风电场中风电机组较多且排列较密时，需要考虑多台风机的影响。 1.1.1 风速时间序列模型 自回归滑动平均模型(auto-regressive and moving average model，ARMA)是研究时间序列的重要方法。对某个特定风电场，风速的时间序列可以用ARMA模型表示[17]，即 1122n1122m ttttnttttmyyyyjjjaqaqaqa------=+++++---LL (1) 式中：ty是t时刻时间序列值；ij(i=1, 2, 3, …, n)和jq (j=1, 2, 3, …, m)分别为自回归和滑动平均参数；ta为服从(0, 2s)分布的标准正态白噪声，这些参 数可以通过对历史数据的分析估计出来。 根据式(1)，t时刻风速可表示为 ()tttvtyms=+ (2) 式中tm和ts分别为历史平均风速和标准差。 1.1.2 单台风机影响的尾流效应模型 假设下游风机和上游风机的布局如图1所示。图中：v0表示平均风速；v代表上游风机的风速； 图1 部分遮挡尾流效应模型 Fig. 1 Partially block wake effect model vW代表下游风机的风速；x为两风机之间的垂直距离；d为两风机之间的水平距离；rW表示尾流半径；r表示风机叶轮半径；As表示重叠部分的面积；Aro
为下游风机的风轮扫掠面积。
根据图1，下游风机受到上游风机影响后的风速可表示为 2WT2Wsro[1(11)(/)(/)(/)](/)ij
ji
vvChh
rrAAhha
a=---××
× (3)
式中：hi和hj分别为上游风机和下游风机的海拔高度；α为风速随高度变化系数，一般取0.04；CT为推力系数[18]，一般取0.2。 根据图1，重叠部分的面积As可表示为 22222W
sW22
W
22222W
22
222222W
W22
W
Δarccos()2ΔΔarccos()2ΔΔΔsin[arccos()]2ΔrdhrAr
rhd
rdhrr
rhd
rdhrrhd
rhd
++-=×+
×+
++- ×-
×+
++-×+×
×+ (4)
式中Δ||jihhh=-为两风机的海拔高度差；
1.1.3 多台风机影响的尾流效应模型 在多机组的大型风电场中，处在风向下游的风机很有可能受到上游多个风机尾流的影响，故下游风机的等效风速可表示为
s_W_2eq01ro0[1()(1)]Niii
Av
vvAv=
=×-- å (5)
式中：veq表示受上游多台风机影响的风速；N为影响下游风机的数目；As_i表示上游第i台风机的重叠面积；vW_i表示上游第i台风机单独影响下的风速。 1.2 基于风速的风电机组时变故障模型 传统风机可靠性模型中，风机故障率和修复率都是定值，与外界条件无关，但风机叶片等元件受风速和风载荷的影响很大，需要研究风速对风机故障率的影响。为区别风机自身故障，把由风速引起的故障率增量设为f()vlD，风机故障率可表示为
ff0f()()vvlll=+D (6)
式中f0l代表自身因素引起的故障率。 经研究，风速引起的故障率增量与风速的大小呈2次方关系[19]，其可表示为 222maxminminco
22maxcicoci
()( )/()vvvvvvvllll
lD=-+-
- (7)
式中：civ为切入风速；minl为与其对应的故障率；
cov为切出风速；maxl为与其对应的故障率。