机电耦合式风力压缩空气储能系统控制策略研究

发布时间：2020-05-31 01:58

【摘要】：近年来,随着能源安全与环境问题的日益严峻,加快发展新能源业已成为推动能源转型发展、应对气候变化的普遍共识和客观需求。然而,新能源的随机性与波动性一直是限制其大规模推广应用的主要难题。储能技术能够有效提升电网对新能源的消纳能力,同时在提升系统稳定性与可靠性、提升能源综合利用效率等方面显示出了强大的功效和不可替代的作用。与其他储能方式相比,压缩空气储能具有大容量、长时间、长寿命等优势,同时摆脱了地理条件的限制,具有更灵活的结构、更丰富的应用方式,现已成为新的研发热点。本研究依托国家自然科学基金重大国际合作研究项目,以机电耦合式风力压缩空气储能系统为研究对象,通过对系统结构与效率的分析,设计了相应的控制策略并通过LabVIEW平台实现了控制策略的实际应用。相比于传统压缩空气储能系统,机电耦合式压缩空气储能系统采用双电机控制结构,可在电耦合、机械耦合两种模式下实现压缩储能,增加了系统的灵活性,提高了系统的能量转换效率,同时也对系统的控制策略提出了更高的要求。如何根据系统结构特点和能量转换特性制定合理的控制策略,成为该系统亟待解决的难题,也是本文主要解决的科学问题。为明确系统能量转换规律并定位用能薄弱环节,本文首先对涡旋机压缩和膨胀的工作效率进行了分析和测试;随后利用基于uQ效率的热力学分析方法,分析系统压缩膨胀全周期下的全效率,得出了系统理想情况下的冷热电效率,同时分析了系统在不同模式下机械部分、气动部分的能量损失,获得最优工作区间,为系统控制提供理论支持。在此基础上,设计了基于逻辑门限法的模式选择策略,使系统可以在不同工况下选择效率最优的工作模式,增强了系统对多变环境的适应性和灵活性;考虑系统在模式切换过程中平滑过渡并尽量减少启停时间,本文通过转速预同步及差压补偿等方式设计了机电耦合式风力压缩空气储能系统在独立风电、压缩储能及膨胀助力三种运行模式下的启停控制策略,设计实验并验证了控制策略的合理性和可行性。最后设计了基于Lab VIEW的上位机监控程序,完成了控制策略到实际应用的对接,实现了系统各模式下独立稳定运行,并通过实验设计验证了控制策略的可靠性。实验结果表明,系统各模式工作效率均有较大提高,验证了理论的有效性。
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划》积极开展储能示范工程建设，推动储能系统与新能源、电力系统协调优化运行；《关逡逑于深化电力体制改革若干意见》：鼓励储能技术的应用来提高能源使用效率。根据《储逡逑能产业研究白皮书２０１８》，，中国储能市场累计装机规模逐年增长，如图１－１所示。逡逑２４００邋（ＭＷ）逡逑２０００逦１７８４逡逑１６００逡逑．２００逦：邋Ｉ逡逑８００邋６９９，５邋！邋！邋；邋！逡逑３８９．８逦：：逡逑sE邋２．７邋４０．７邋４１．２邋７１．３邋１５２．３邋１６４Ｊ邋＿邋＿邋＿邋丨丨邋｜邋丨逡逑２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５邋２０１６邋２０１７邋２０１８邋２０１９邋２０２０逡逑图１－１中国储能市场累计装机容量和预测容量逡逑储能技术按照存储介质来分可分为机械类储能（抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储逡逑能）、电气类储能（超级电容、超导储能）、化学类（电池储能）、热储能（储冷、储热、逡逑相变材料、热化学材料）。其优缺点对比如表１－１。逡逑表１－丨主要储能方式逡逑种类逦化学储能逦电磁储能逦物理储能逡逑－ｔ—ｆ＊逦铅酸、锂离子逦超级电容储能逡逑液流等电池储能逦超导储能逦ＪＥＨｋ逡逑能量密度大逦充放电时间短逦功率大逦容量大、寿命长逡逑ＴＣ，＂＇逦效率高逦效率高逦容量大逦排放低等逡逑＾邋．逦寿命限制逦技术复杂逦场地要求特殊逡逑＿逦

本文编号：2689086