微型压缩空气储能系统动态协调优化控制研究

发布时间：2020-06-05 09:42

【摘要】：由于化石能源的枯竭和日益严重的环境污染问题,清洁环保的可再生能源日益受到关注,风能作为一种取之不尽的可再生能源,得到了广泛的研究与应用。然而,风力资源存在产能不稳定的问题,使得风力发电系统中存在着较大的电能波动。众所周知,储能是解决风能波动性和间歇性的有效手段,相较于蓄电池、超级电容、抽水蓄能以及飞轮等储能方式,压缩空气储能方式有着成本较低、寿命长、污染较小以及能量转换效率较高等优势。本文以山东大学提出的新型微型压缩空气储能系统作为研究对象,对系统运行中模式切换带来的动态协调优化控制问题开展分析与研究。相对于传统的风力压缩空气储能结构,本文提出的新系统采用了机械压缩与电压缩相互切换的混合压缩储能方式。其中机械压缩储能方式可以减少系统中能量的转化次数,从而有效降低系统中能量的损失,对提高系统的整体运行效率有显著的效果。本文首先分析了系统中压缩储能的两种控制方法,并介绍了系统的机械结构,搭建了仿真模型,并设计了系统控制器、变频器和CAN控制等软硬件设备。针对系统机械压缩预同步控制存在的问题做了相应试验,得到了机械压缩切合控制在系统不同运行情况下的转矩变化特性,为后续研究奠定了实践基础。基于系统的电机控制需求分析其运行及控制要求,设计了系统中永磁同步电机的转速预测控制,并分析了预测控制在系统中永磁同步电机控制中的优势。在微型压缩空气储能系统机械压缩的动态协调控制部分,首先通过仿真分析了机械压缩过程储能电机预同步控制的切换特性,对切换流程及其切换过程的转矩变化做了仿真及分析。然后针对该系统机械压缩切换过程做了优化控制仿真,减小了系统模式切换时的机械冲击,使切换转矩能够平缓过渡。最后,搭建了微型压缩空气储能系统机械压缩切换试验平台,通过试验研究验证了本文提出方法的有效性,为微型压缩空气储能系统的优化运行控制与进一步的实用化奠定基础。
【图文】：

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于是在总结以上压缩储能系统的结构后，课题组借鉴结构－控制一体化思想，逡逑利用机械结构的齿轮增速装置以及离合器耦合控制结构，将机械耦合压缩模式与逡逑电耦合压缩模式相结合，形成了一种混合的压缩空气储能新结构。如下图１－２所逡逑示为新型机电耦合控制的微型风力压缩空气储能结构。逡逑ｋ逦发电机逦电磁邋储能电机邋涡旋机逡逑—１变频器￣子￣｜变频器ｐ—逡逑ｐ邋—１直流＿母线１逡逑图１－２新型机电混合控制的微型压缩空气储能系统结构图逡逑在新结构中，又加入了不同于传统电压缩储能方式的机械压缩储能方式。在逡逑新系统的结构中又加入了电磁离合器来对系统进行改进，这使得系统中的压缩储逡逑能结构变得会更加复杂。在这两种压缩储能控制方式相互切换时，为保证系统能逡逑够稳定的运行，，系统中的转矩要尽量实现平滑过渡。因此我们就需要对系统的控逡逑２逡逑

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图２－１微型压缩空气储能系统机械压缩能量流动图逡逑系统的电压缩储能是将系统发电机产生的电能用于储能电机带动压缩机进逡逑行压缩储能，压缩过程能量流动环节较多，但是其控制较为简单。如下图２－２所逡逑示为微型压缩空气储能系统电压缩能量流动图。逡逑８逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK89;TM614

【参考文献】