一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统,包括依次连接的电动机、多级压缩机、高压储气罐、多级透平膨胀机、减速齿轮、电磁离合器和发电机，所述多级压缩机之间设置有换热器，所述电动机和发电机均连接风电场，所述多级透平膨胀机之间设置有预热器，换热器与预热器的输入之间设置有储能变流器，所述换热器与预热器的输出之间设置有储热装置和燃气锅炉。

A power and voltage regulation system for wind farms with compressed air energy storage

The utility model discloses a power and voltage regulating and controlling system for a wind farm containing compressed air energy storage, which comprises a sequentially connected motor, a multi-stage compressor, a high-pressure gas storage tank, a multi-stage turbine expander, a deceleration gear, an electromagnetic clutch and a generator. A heat exchanger is arranged between the multi-stage compressor, the motor and the generator. The motor is connected with the wind farm, and a preheater is arranged between the multi-stage turbine expander, and an energy storage converter is arranged between the input of the heat exchanger and the preheater, and a heat storage device and a gas boiler are arranged between the output of the heat exchanger and the preheater.

【技术实现步骤摘要】
一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统
本技术涉及一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统。
技术介绍
目前，大规模风电并网对电网调度和控制所带来的影响主要表现在有功调节和无功电压控制等问题，如备用设备的容量配置、并网点无功电压支撑以及如何应对低电压穿越等。造成这一问题的主要原因在于，当风电场以最大功率跟踪(MPPT)模式工作时，有功输出随风速的变化而变化。此时，风速变化所具有的波动性和随机性经放大后被引入风电有功输出。而风电无功输出的调节范围随有功的变化而改变，并且在有功功率处于一定范围内的时候，系统需要从电网吸收无功功率，再加之故障情况下机组低电压穿越保护动作等因素影响，风电场无功功率调节范围的波动问题更为严重。为此，在风电场内配置足够的备用设备，有效平滑风电有功波动的同时，扩大无功的调节范围以提高并网点(PCC)的电压支撑能力，成为风力发电技术进一步发展的重要途径。经过对现有技术的公开文献检索发现，如公开号CN105449715A专利通过数学模型分析风电场当前无功调节范围，并将改无功调节能力上报调控中心以调整无功调整参考量；公开号CN105720611A提出一种无功功率控制方法，通过无功补偿设备快速调节无功功率，同时增发风电机组无功，替换无功补偿设备无功出力，为无功补偿设备提供更多的裕量；文献[基于SVG的风电场无功补偿经济运行方法研究]根据风机和SVG无功补偿装置的实际无功发生能力，以减小网损、提高发电量为目标进行无功分配。公开号CN103337001A提出一种利用储能平抑风电输出波动的方法。虽然上述方法有效的提高了风电场并网功率、电压调节能力，但同时存在一定的不足：1)SVG具有快速调节无功输出的能力，但其仍然存在单位容量成本高、使用寿命低以及技术不成熟等问题。为保障风电场并网点电压稳定，风电场应具备较大容量的无功补偿能力。利用SVG作为风电场无功补偿，所需SVG装机容量大，购置成本与运行成本高昂。2)利用蓄电池、超级电容等电储能装置，能够有效的平滑风电场有功功率的输出，同时起到削峰填谷的作用。然而，常规储能装置成本高昂，且用于储能接入系统的大功率电力电子变换器存在价格高、稳定性差的问题，使得储能在大型风电场内难以大规模应用。3)目前针对压缩空气储能的研究，主要集中在有功功率的输出控制，而对无功调控功能并未涉及。
技术实现思路
本技术为了解决上述问题，提出了一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统，本技术利用压缩空气储能同时具有有功、无功调节能力且储能容量大、成本低、寿命长的优势，对风电场输出功率进行有效调节，在保证并网电能质量的同时，提高系统无功裕度。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统,包括依次连接的电动机、多级压缩机、高压储气罐、多级透平膨胀机、减速齿轮、电磁离合器和发电机，所述多级压缩机之间设置有换热器，所述电动机和发电机均连接风电场，所述多级透平膨胀机之间设置有预热器，换热器与预热器的输入之间设置有储能变流器，所述换热器与预热器的输出之间设置有储热装置和燃气锅炉。所述风电场输出中配置有静止无功发生器。当风电场输出有功功率大于网侧调度功率时，系统处于压缩储能模式，多余电能驱动电动机带动多级压缩机，将空气压缩后存储于高压储气罐，各级换热器置于各级压缩机之间，回收各级压缩过程余热，膨胀部分断开电磁离合，通过储能变流器调节压缩空气储能输出功率。风电场输出有功功率小于网侧调度且压缩空气储能具有储能余量时，高压储气罐内高压空气依次通过预热器、膨胀机后驱动发电机发电。进一步的,所述多级透平膨胀机同轴连接，所述多级压缩机同轴连接。优选的，所述多级压缩机的各个压缩机为绝热压缩。作为一种优选的实时监控的过程，所述的系统还包括功率因数调节及分配装置，功率因数调节及分配装置包括无线远程PCC电压检测装置、无功电流检测模块和指令电流合成模块，无线远程PCC电压检测装置检测风电场PCC并网点电压和当前风电场有功输出，无功电流检测模块采集，无功电流检测模块采集风电场的无功电流，指令电流合成模块计算并调配风力机组、压缩空气储能变流器、无功补偿器无功输出。当然，也可以使用现有的控制系统与控制逻辑。进一步的，所述系统还包括能够动态调节有功和无功输出的四限象运行多功能变流器，通过接收功率因数调节及分配装置指令，变流器可在储能或者释能的同时吸收或发出无功功率，有无功功率比例可调整。一种风电场，采用上述调控系统。与现有技术相比，本技术的有益效果为：本技术提供的调控系统能够充分发挥压缩空气储能容量大、寿命长、成本低、灵活输出有功与无功等优势，实现对风电场输出功率的有功平滑和无功补偿，有效提高并网点电能质量的同时，提高系统无功裕度。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1所示为含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统结构示意图；具体实施方式：下面结合附图与实施例对本技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本技术中任一部件或元件，不能理解为对本技术的限制。本技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本技术中的具体含义，不能理解为对本技术的限制。本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种含压缩空气储能的风电场功率调控系统结构，包括电动机(1)、多级压缩机(2)、高压储气罐(3)、多级透平膨胀机(4)、减速齿轮(5)、电磁离合器(6)、高速发电机(7)、储能变流器(8)、储热装置(9)、燃气锅炉(10)、膨胀机级间换热器(预热器)(11)、压缩机级间换热器(12)、储热介质冷却(13)、SVG。电动机(1)、多级压缩机(2)、高压储气罐(3)、多级透平膨胀机(4)、减速齿轮(5)、电磁离合器(6)和发电机(7)依次相连，所述多级压缩机(2)之间设置有换热器(12)，所述电动机和发电机均连接风电场，所述多级透平膨胀机(4)之间设置有预热器(12)，换热器(11)与预热器(12)的输入之间设置有储能变流器，换热器(11)与预热器(12)的输出之间设置有储热装置(9)和燃气锅炉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统,其特征是：包括依次连接的电动机、多级压缩机、高压储气罐、多级透平膨胀机、减速齿轮、电磁离合器和发电机，所述多级压缩机之间设置有换热器，所述电动机和发电机均连接风电场，所述多级透平膨胀机之间设置有预热器，换热器与预热器的输入之间设置有储能变流器，所述换热器与预热器的输出之间设置有储热装置和燃气锅炉。

【技术特征摘要】
1.一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统,其特征是：包括依次连接的电动机、多级压缩机、高压储气罐、多级透平膨胀机、减速齿轮、电磁离合器和发电机，所述多级压缩机之间设置有换热器，所述电动机和发电机均连接风电场，所述多级透平膨胀机之间设置有预热器，换热器与预热器的输入之间设置有储能变流器，所述换热器与预热器的输出之间设置有储热装置和燃气锅炉。2.如权利要求1所述的一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统,其特征是：所述风电场的输出中配置有静止无功发生器。3.如权利要求1所述的一种含压缩空气储能的风电场功率、电压调控系统,其特征是：当风电场输出有功功率大于网侧调度功率时，系统处于压缩储能模式，多余电能驱动电动机带动多级压缩机，将空气压...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金勇，李超英，李晓博，殷红旭，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司德州供电公司，
类型：新型
国别省市：山东,37