随着世界各国对能源安全和环境保护问题的重视,风力发电技术快速发展,装机容量不断增大。然而,风电功率具有显著的随机性与波动性,会给电网安全稳定运行和供电质量带来不可忽视的影响。提高风力发电系统并网功率的平稳性和可控性对于提高风资源利用率,践行绿色可持续发展战略具有重要意义。配置电池储能系统是平滑风电波动,提高其并网友好性的有效技术手段之一。但现有电池储能的经济性尚未满足规模化应用要求,因此,在保证储能系统作用效果的同时,通过改进控制方法提高储能利用率,进而降低储能配置要求具有光明的应用前景和巨大的经济价值。鉴于上述,本文以风功率波动平滑为应用目标,在梳理现有研究成果基础上,提出一种融合风功率预测信息的新型电池储能系统控制方法,显著降低储能容量配置要求;在此基础上,进一步设计了与之配合的电池能量管理策略,维持电池运行于合理状态从而保证其使用寿命;最后,探讨了电池储能系统实际运行特性对储能作用效果的影响,并设计了一种考虑电池详细特性的控制方法,充分挖掘电池储能应用潜力。具体来讲,本文研究工作主要包括:1、归纳了风储联合发电系统结构、利用储能平滑风电功率波动的基本原理、评价指标和储能配置方法;从风力发电系统特性出发,总结了基于NASA气象数据生成风功率运行数据的方法,并以傅里叶变换为工具分析了风功率频谱构成及波动平滑的数学基础。随后,以科学研究和示范工程常用的一阶低通滤波算法为例,阐述了波动平滑用电池储能系统典型控方法——基于信号分解的平滑控制方法的基本思想,并将其归纳为完成平滑任务的波动分量提取和维持储能系统状态的荷电状态管理两个方面。2、在波动分量提取方面,首先通过对常规滑动平均滤波算法的时频特性分析,证明了低通滤波延时导致的相位滞后是降低储能容量利用率的主要原因;随后,从消除滤波器延时出发,提出一种将趋势预测信息融入中心滑动平均滤波算法的新型准零相位滤波器;最后,利用所提出的滤波器提取风功率波动分量并设计与之适应的风功率趋势信息预测方法,显著减少储能系统充放电功率中的趋势分量,降低储能容量配置要求。3、在储能能量管理方面,首先通过对一阶低通滤波算法和滑动平均算法原理的对比分析,说明基于斜率控制的储能能量管理策略中时间窗阶跃的缺点;然后从消除时间窗阶跃的角度出发,提出基于充放电标志的储能能量管理策略,通过预判储能充放电方向进而改变时间窗,维持储能运行于合理区间;进而,将所提能量管理方法与波动分量提取方法结合构成完整电池储能控制策略。最后,将基于准零相位滤波器的控制方法、仅有能量管理的储能控制方法和基于模型预测控制的储能控制方法进行对比,验证了所提方法有效性。4、基于实际电芯充放电实验数据,构建反映电池储能运行特性的详细模型,并探讨电池实际运行特性对波动平滑控制效果的影响。首先,基于充放电实验平台对电池储能常采用的三元和磷酸铁锂两类电芯开展HPPC试验测试,以二阶RC等值电路建模电芯而识别参数;然后,结合风功率平滑应用场景下电池运行特征,将二阶RC模型简化为内阻模型而分析电池效率特性和功率特性;最后,通过仿真算例,对比采用简化模型和详细模型时电池储能系统平滑效果差异。