先进绝热压缩空气储能系统的风储协调控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种先进绝热压缩空气储能系统的风储协调控制方法及装置，其中方法包括：采集压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统的实时运行状态数据；接收需求指令，获知压缩子系统的功耗参考值和发电子系统的输出功率参考值；根据预先构建的目标模型协调控制压缩子系统的转速和发电子系统的进气空气质量流量和进气温度，以使得在压缩子系统的功耗符合功耗参考值以及发电子系统的输出功率符合输出功率参考值的情况下，压缩子系统的进气空气质量流量达到最大值，发电子系统的排气空气质量流量达到最小值。本发明专利技术实施例可实现风储系统安全高效并网运行的目的。

【技术实现步骤摘要】
先进绝热压缩空气储能系统的风储协调控制方法及装置
本专利技术涉及压缩空气储能
，更具体地，涉及先进绝热压缩空气储能系统的风储协调控制方法及装置。
技术介绍
风电出力的随机性、间歇性和波动性特点给电力系统的安全稳定运行带来严峻挑战，日益严重的弃风问题严重阻碍了其健康持续发展。为风电场配置一定容量的储能，以风储协同的方式并网运行可提高风电的可调度性、降低弃风率和系统运行成本。先进绝热压缩空气储能(Advancedadiabaticcompressedairenergystorage，AA-CAES)具有存储容量大、使用寿命长、响应速度快、变工况运行范围宽等优点，是解决弃风问题、实现能量大规模时空转移、推动能源清洁化转型的重要技术手段。AA-CAES系统涉及气动、热动、电动等多物理过程的动态耦合，能量转化过程复杂，且为适应风功率的大幅波动需频繁在非额定工况下运行。当实际运行点偏离设计值时，压缩机和透平的等熵效率、换热器的效能等将受较大影响。风储系统运行优化策略的制定依赖于所用模型。现有研究或未计及AA-CAES系统实际存在的压力、流量、功率等运行约束，或未充分考虑非额定工况下储能系统动态效率的影响，这种简单处理难以准确反映AA-CAES系统实际的运行状态，按照据此得出的优化策略对AA-CAES系统进行控制也难以保证系统安全高效运行。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的先进绝热压缩空气储能系统的风储协调控制方法及装置。第一个方面，本专利技术实施例提供一种先进绝热压缩空气储能系统的风储协调控制方法，所述系统包括沿进气方向依次设置的压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统，所述控制方法包括：采集压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统的实时运行状态数据；接收需求指令，获知压缩子系统的功耗参考值和发电子系统的输出功率参考值；根据预先构建的目标模型协调控制压缩子系统的转速和发电子系统的进气空气质量流量和进气温度，以使得在压缩子系统的功耗符合功耗参考值以及发电子系统的输出功率符合输出功率参考值的情况下，压缩子系统的进气空气质量流量达到最大值，发电子系统的排气空气质量流量达到最小值；其中，所述目标模型以最小化AA-CAES系统的运行成本为目标，以压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统的运行状态数据为约束构建而成第二个方面，本专利技术实施例提供一种先进绝热压缩空气储能系统的风储协调控制装置，所述系统包括压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统，所述控制装置包括：采集指令模块，用于采集压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统的实时运行状态数据；接收需求指令，获知压缩子系统的功耗参考值和发电子系统的输出功率参考值；协调控制模块，用于根据预先构建的目标模型协调控制压缩子系统的转速和发电子系统的进气空气质量流量和进气温度，以使得在压缩子系统的功耗符合功耗参考值以及发电子系统的输出功率符合输出功率参考值的情况下，压缩子系统的进气空气质量流量达到最大值，发电子系统的排气空气质量流量达到最小值；其中，所述目标模型以最小化AA-CAES系统的运行成本为目标，以压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统的运行状态数据为约束构建而成第三方面，本专利技术实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所提供的方法的步骤。第四方面，本专利技术实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的方法的步骤。本专利技术实施例提供的先进绝热压缩空气储能系统的风储协调控制方法及装置，以最小化AA-CAES系统的运行成本为目标，以压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统的运行状态数据为约束构建目标模型，通过协调控制压缩子系统的转速和发电子系统的进气空气质量流量和进气温度，以使得在压缩子系统的功耗符合功耗参考值以及发电子系统的输出功率符合输出功率参考值的情况下，压缩子系统的进气空气质量流量达到最大值，发电子系统的排气空气质量流量达到最小值，尽可能地增加储气库中的利用效率，实现风储系统安全高效并网运行的目的。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的AA-CAES系统的结构示意图；图2为根据本专利技术实施例提供的AA-CAES系统的风储协调控制方法的流程示意图；图3为根据本专利技术实施例提供的压缩机的稳定工作范围的示意图；图4为根据本专利技术另一个实施例提供的AA-CAES系统的结构示意图；图5为根据本专利技术实施例提供的AA-CAES系统的风储协调控制装置的结构示意图；图6为根据本专利技术实施例提供的电子设备的实体结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为了克服现有技术的上述问题，本专利技术实施例提供了一种AA-CAES系统的风储协调控制方法，其专利技术构思为：以最小化AA-CAES系统的运行成本为目标，以压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统的运行状态数据为约束构建目标模型，通过协调控制压缩子系统的转速和发电子系统的进气空气质量流量和进气温度，以使得在压缩子系统的功耗符合功耗参考值以及发电子系统的输出功率符合输出功率参考值的情况下，压缩子系统的进气空气质量流量达到最大值，发电子系统的排气空气质量流量达到最小值，尽可能地增加储气库中的空气的利用效率，实现风储系统安全高效并网运行的目的。图1为根据本专利技术实施例提供的AA-CAES系统的结构示意图，AA-CAES系统包含沿进气方向依次设置的压缩子系统、储热子系统、储气库、发电子系统及相关辅助设备。如图1所示，电动机101、第一压缩机102、第一压缩侧换热器103、第二压缩机104和第二压缩侧换热器105共同构成压缩子系统，电动机101和两个压缩机同轴连接。低温储热罐106和高温储热罐107共同构成储热子系统，储热子系统的功能主要是为了存储压缩过程产生的热量，低温储热罐的输入端与两个压缩侧换热器的输出端连接，低温储热罐的输出端与两个发电侧换热器的输入端连接，高温储热罐的输入端与两个发电侧换热器的输出端连接，高温储热罐的输出端与两个压缩侧换热器的输入端连接。储气库8可为盐穴等天然储气空间或管线钢、储气罐等压力容器。第一发电侧换热器110、第一透平111、第二发电侧换热器113、第二透平114和发电机115共同构成发电子系统；两个透平和发电机同轴连接。第一导热油流量控制阀109和第二导热油流量控制阀112用于调节发电过程中导热油的流量，从而控制透平进气温度。图2为根据本专利技术实施例提供的AA-CAES系统的风储协调控制方法的流程示意图，如图2所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种先进绝热压缩空气储能系统的风储协调控制方法，其特征在于，所述系统包括沿进气方向依次设置的压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统，所述控制方法包括：采集压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统的实时运行状态数据；接收需求指令，获知压缩子系统的功耗参考值和发电子系统的输出功率参考值；根据预先构建的目标模型协调控制压缩子系统的转速和发电子系统的进气空气质量流量和进气温度，以使得在压缩子系统的功耗符合功耗参考值以及发电子系统的输出功率符合输出功率参考值的情况下，压缩子系统的进气空气质量流量达到最大值，发电子系统的排气空气质量流量达到最小值；其中，所述目标模型以最小化AA‑CAES系统的运行成本为目标，以压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统的运行状态数据为约束构建而成。

【技术特征摘要】
1.一种先进绝热压缩空气储能系统的风储协调控制方法，其特征在于，所述系统包括沿进气方向依次设置的压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统，所述控制方法包括：采集压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统的实时运行状态数据；接收需求指令，获知压缩子系统的功耗参考值和发电子系统的输出功率参考值；根据预先构建的目标模型协调控制压缩子系统的转速和发电子系统的进气空气质量流量和进气温度，以使得在压缩子系统的功耗符合功耗参考值以及发电子系统的输出功率符合输出功率参考值的情况下，压缩子系统的进气空气质量流量达到最大值，发电子系统的排气空气质量流量达到最小值；其中，所述目标模型以最小化AA-CAES系统的运行成本为目标，以压缩子系统、储热子系统、储气库和发电子系统的运行状态数据为约束构建而成。2.根据权利要求1所述的风储协调控制方法，其特征在于，所述目标模型为：minF＝F1+F2其中，F为AA-CAES系统的运行成本；F1为弃风惩罚成本；F2为AA-CAES运行成本；T为优化的时间尺度；Pw,t和Pwd,t分别为风电场在t时段的最大出力和上网电量；Kw为弃风惩罚系数；vc,t和vg,t分别对应压缩工况和发电工况，取值均为0或1变量；μc和μg分别为压缩子系统和发电子系统的启停成本；πt为t时段的上网电价；和分别为压缩子系统在t时段的功耗和发电子系统在t时段的输出功率。3.根据权利要求1或2所述的风储协调控制方法，其特征在于，所述约束包括：vc,t+vg,t≤1|pst,T-pst,0|≤Δpmax其中，和分别为压缩子系统在t时段的功耗和发电子系统在t时段的输出功率；和分别为压缩子系统的最大和最小功耗；和分别为发电子系统的最大和最小输出功率；vc,t和vg,t分别对应压缩工况和发电工况，取值均为0或1变量；Pwd,t为风电场在t时段的上网电量；Pd,t为负荷功率；pst,0和pst,t分别为储气库初始时段和t时段的储气压力；为t时段储气库内空气压力的变化率；和分别为储气库运行压力的下限和上限；Δpmax为调度结束后允许的最大储气压力偏移量。4.根据权利要求3所述的风储协调控制方法，其特征在于，所述压缩子系统的功耗通过以下公式计算：其中，ηm为拖动电机的效率；ηc,t为t时段压缩机的等熵效率；为t时段流经压缩机的空气的质量流量；cp,a为空气的定压比热容；Nc为压缩机的级数；为t时段第i级压缩机入口空气的温度；...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅生伟，潘静，刘亚南，陈来军，傅中，卢强，薛小代，陈锋，郑天文，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司，清华大学，清华四川能源互联网研究院，国网安徽省电力有限公司芜湖供电公司，国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34