基于压缩空气储能的风储联合系统运行控制研究
发布时间：2021-01-07 08:44
风资源的波动性决定了风电场有功输出的不稳定性。随着风电场规模的不断扩大和风电穿透率的增加,大容量风电接入给电网调度和稳定运行带来了许多挑战,导致了大量弃风难题。压缩空气储能具有存储容量大、工作寿命长等优点,是未来最具潜力的电网大容量储能系统发展方向之一。本文研究了压缩空气储能系统用于平抑风电出力功率波动的控制与建模仿真,对解决风电消纳问题具有重要意义。本文首先开展了压缩空气储能系统模型和双馈风机模型研究,搭建了压缩空气储能系统仿真模型,并对模型进行了热力特性分析。然后,从电网功率调度指令的角度提出了风储联合系统功率平抑控制策略,使压缩空气储能与风电系统协同控制,实现压缩空气储能系统在最佳工作状态下运行。基于对功率平抑策略的分析,设计了压缩空气储能系统最大效率跟踪控制策略,该控制策略的主要思想是在满足压缩空气储能系统约束条件下,通过调节永磁同步电机转速,使压缩效率/膨胀效率保持在最大效率点附近。最后,搭建了 15MW小型风储联合集成系统仿真模型,分别仿真了压缩空气储能投入或切出时风电并网处的有功出力特性曲线,其仿真结果表明了本文提出的风储联合系统控制策略的可行性。
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１我国近十年的风电新增装机和累计装机容量示意图??在新能源发电行业中，造成弃风现象的因素是多方面的
能具有规模大、运行年限长等优点，在风力发电系统中引入压缩空气储能系统，??能够充分实现两者优势互补，提高系统的整体效率。本文研宄的风储联合系统??如图２－１所示，风电场由多台双馈异步风机组成并入大电网，压缩空气储能系??统经变流器并联在风电场并网处，通过控制储能系统的最大效率跟踪模块和功??率平抑模块调节压缩空气储能系统的工作状态实现风储联合系统向电网输送稳??定的有功功率（为了便于说明，图中的压缩机表示储能过程，膨胀机表示释能??过程并放在一起说明）。当储能系统处于储能阶段时，永磁同步电机（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ??ＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｐｎｏｕｓＭｏｔｏｒ，简称ＰＭＳＭ）工作在电动机模式，消耗电网中多余??电能驱动压缩机完成储能过程；当储能系统处于释能阶段时，ＰＭＳＭ工作在发??电模式，膨胀机通过膨胀发电向电网供应电能完成释能过程。??本章节主要建立压缩空气储能系统与双馈异步风力发电机的数学模型，图??中的储能系统最大效率控制、功率平抑控制策略及变流器控制的相关部分
文研究目的是压缩空气储能系统用于风电出力波动性的平抑问题，因此本节建??立压缩空气储能系统的热力模型，从能量转换的角度来分析风电功率与储能能??量的转换关系。传统的压缩空气储能系统原理如图２－２所示，主要包含热力设??备与电气设备两个部分，本小节研宄的热力设备数学模型包括空气压缩机、换??热器、换热介质、储气室、加热器与膨胀机。储能系统的工作过程可分为储能??阶段与释能阶段［２５］。??空气入口?＇‘空气出口??电动发电机??电能—ｈ?Ｍ?｝一一缩?胀?一？－（?Ｇ?）—？电能??ｖ＿ｙ?［ｊｕ－??换热器加热器??Ｉ?Ｉ??储气室??图２－２压缩空气储能原理图??储能阶段过程中，电动机将消耗电网中多余的电能驱动空气压缩机将空气??压缩成高温高压气体，经换热器与换热介质进行热量交换，空气降温后进入储??气室以低温高压气体的方式储存。??释能阶段过程中，在电力系统需要电能时，释放储气室的高压低温空气，??进入加热器与助燃燃料混合后进入发电机组发电。膨胀机做功之后排出的低温??低压气体则被回收储存或用于其他用途。??其他形式的压缩空气储能系统原理和上述传统压缩空气储能系统类似，如??现有工程上应用的先进绝热压缩空气储能系统不同点在于：储能阶段将换热器??换热的热量进行储存为膨胀发电阶段供应热能，减少释能阶段助燃所需的化石??燃料，能够减少污染和提高系统的整体效率。??在本章节的压缩空气储能系统热力学模型中
【参考文献】：
期刊论文
[1]深冷液化空气储能技术及其在电网中的应用分析[J]. 徐桂芝,宋洁,王乐,邓占锋,梁立晓,金翼,邓敏. 全球能源互联网. 2018(03)
[2]永磁同步电机新型变结构直接转矩控制[J]. 任凤娟. 机电工程技术. 2018(07)
[3]永磁同步电机控制技术研究及应用[J]. 高永军,王雷. 铁道机车与动车. 2018(07)
[4]风电发展现状与趋势[J]. 卢正帅,林红阳,易杨. 中国科技信息. 2017(02)
[5]压缩空气膨胀发电系统最大效率跟踪控制策略[J]. 宋洁,赵波,梁丹曦,刘海军. 储能科学与技术. 2017(01)
[6]基于复合储能系统平抑风电场波动功率研究[J]. 赵飞,许剑,徐玉杰,刘芽,陈海生,谭春青. 电网与清洁能源. 2015(07)
[7]含压缩空气储能的微网复合储能技术及其成本分析[J]. 田崇翼,张承慧,李珂,王静. 电力系统自动化. 2015(10)
[8]基于电池储能系统的风功率波动平抑策略[J]. 张新松,顾菊平,袁越,王敏,曹阳,华亮,李智. 中国电机工程学报. 2014(28)
[9]面向智能电网的大规模压缩空气储能技术[J]. 陈来军,梅生伟,王俊杰,卢强. 电工电能新技术. 2014(06)
[10]抑制风电爬坡率的风储联合优化控制方法[J]. 王颖,张凯锋,付嘉渝,庞晓东,耿建. 电力系统自动化. 2013(13)
博士论文
[1]风电与先进绝热压缩空气储能技术的系统集成与仿真研究[D]. 张远.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2014
硕士论文
[1]深冷储能发电机组动态特性研究及其在风功率消纳中的应用[D]. 张童童.哈尔滨工业大学 2017
[2]先进压缩空气储能系统热力性能模拟研究[D]. 年越.华北电力大学 2015
[3]新型压缩空气储能系统性能研究[D]. 郭欢.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[4]含飞轮储能永磁直驱风力发电系统功率平滑控制策略研究[D]. 熊倩.重庆大学 2012
[5]变速恒频双馈风力发电系统改进直接功率控制策略[D]. 贺子倩.浙江大学 2012
本文编号：2962254
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１我国近十年的风电新增装机和累计装机容量示意图??在新能源发电行业中，造成弃风现象的因素是多方面的
能具有规模大、运行年限长等优点，在风力发电系统中引入压缩空气储能系统，??能够充分实现两者优势互补，提高系统的整体效率。本文研宄的风储联合系统??如图２－１所示，风电场由多台双馈异步风机组成并入大电网，压缩空气储能系??统经变流器并联在风电场并网处，通过控制储能系统的最大效率跟踪模块和功??率平抑模块调节压缩空气储能系统的工作状态实现风储联合系统向电网输送稳??定的有功功率（为了便于说明，图中的压缩机表示储能过程，膨胀机表示释能??过程并放在一起说明）。当储能系统处于储能阶段时，永磁同步电机（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ??ＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｐｎｏｕｓＭｏｔｏｒ，简称ＰＭＳＭ）工作在电动机模式，消耗电网中多余??电能驱动压缩机完成储能过程；当储能系统处于释能阶段时，ＰＭＳＭ工作在发??电模式，膨胀机通过膨胀发电向电网供应电能完成释能过程。??本章节主要建立压缩空气储能系统与双馈异步风力发电机的数学模型，图??中的储能系统最大效率控制、功率平抑控制策略及变流器控制的相关部分
文研究目的是压缩空气储能系统用于风电出力波动性的平抑问题，因此本节建??立压缩空气储能系统的热力模型，从能量转换的角度来分析风电功率与储能能??量的转换关系。传统的压缩空气储能系统原理如图２－２所示，主要包含热力设??备与电气设备两个部分，本小节研宄的热力设备数学模型包括空气压缩机、换??热器、换热介质、储气室、加热器与膨胀机。储能系统的工作过程可分为储能??阶段与释能阶段［２５］。??空气入口?＇‘空气出口??电动发电机??电能—ｈ?Ｍ?｝一一缩?胀?一？－（?Ｇ?）—？电能??ｖ＿ｙ?［ｊｕ－??换热器加热器??Ｉ?Ｉ??储气室??图２－２压缩空气储能原理图??储能阶段过程中，电动机将消耗电网中多余的电能驱动空气压缩机将空气??压缩成高温高压气体，经换热器与换热介质进行热量交换，空气降温后进入储??气室以低温高压气体的方式储存。??释能阶段过程中，在电力系统需要电能时，释放储气室的高压低温空气，??进入加热器与助燃燃料混合后进入发电机组发电。膨胀机做功之后排出的低温??低压气体则被回收储存或用于其他用途。??其他形式的压缩空气储能系统原理和上述传统压缩空气储能系统类似，如??现有工程上应用的先进绝热压缩空气储能系统不同点在于：储能阶段将换热器??换热的热量进行储存为膨胀发电阶段供应热能，减少释能阶段助燃所需的化石??燃料，能够减少污染和提高系统的整体效率。??在本章节的压缩空气储能系统热力学模型中
【参考文献】：
期刊论文
[1]深冷液化空气储能技术及其在电网中的应用分析[J]. 徐桂芝,宋洁,王乐,邓占锋,梁立晓,金翼,邓敏. 全球能源互联网. 2018(03)
[2]永磁同步电机新型变结构直接转矩控制[J]. 任凤娟. 机电工程技术. 2018(07)
[3]永磁同步电机控制技术研究及应用[J]. 高永军,王雷. 铁道机车与动车. 2018(07)
[4]风电发展现状与趋势[J]. 卢正帅,林红阳,易杨. 中国科技信息. 2017(02)
[5]压缩空气膨胀发电系统最大效率跟踪控制策略[J]. 宋洁,赵波,梁丹曦,刘海军. 储能科学与技术. 2017(01)
[6]基于复合储能系统平抑风电场波动功率研究[J]. 赵飞,许剑,徐玉杰,刘芽,陈海生,谭春青. 电网与清洁能源. 2015(07)
[7]含压缩空气储能的微网复合储能技术及其成本分析[J]. 田崇翼,张承慧,李珂,王静. 电力系统自动化. 2015(10)
[8]基于电池储能系统的风功率波动平抑策略[J]. 张新松,顾菊平,袁越,王敏,曹阳,华亮,李智. 中国电机工程学报. 2014(28)
[9]面向智能电网的大规模压缩空气储能技术[J]. 陈来军,梅生伟,王俊杰,卢强. 电工电能新技术. 2014(06)
[10]抑制风电爬坡率的风储联合优化控制方法[J]. 王颖,张凯锋,付嘉渝,庞晓东,耿建. 电力系统自动化. 2013(13)
博士论文
[1]风电与先进绝热压缩空气储能技术的系统集成与仿真研究[D]. 张远.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2014
硕士论文
[1]深冷储能发电机组动态特性研究及其在风功率消纳中的应用[D]. 张童童.哈尔滨工业大学 2017
[2]先进压缩空气储能系统热力性能模拟研究[D]. 年越.华北电力大学 2015
[3]新型压缩空气储能系统性能研究[D]. 郭欢.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[4]含飞轮储能永磁直驱风力发电系统功率平滑控制策略研究[D]. 熊倩.重庆大学 2012
[5]变速恒频双馈风力发电系统改进直接功率控制策略[D]. 贺子倩.浙江大学 2012
本文编号：2962254
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2962254.html
