一种发电-储能系统的波动压力发电控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种发电

【技术实现步骤摘要】
一种发电
‑
储能系统的波动压力发电控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及发电
‑
储能系统的发电控制技术，具体涉及一种发电
‑
储能系统的波动压力发电控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着新能源发电的超常规发展与电网建设相对滞后的矛盾日益明显，大规模具有随机性、问歇性、反调节性及出力波动大等特点的风电/光伏能源接入电网对系统的电压稳定、暂态稳定和频率稳定都有较大的影响，风电/光伏能源并网难、并网后消纳难等问题严重制约着能源结构的变革。常规水电厂、抽液蓄能电厂在大规模新能源存储、能量转化方面作用有限，不能吸收丰沛的风电、太阳能等大规模可再生新能源电力，且对地势、地质有一定的要求。
[0003]申请号为202020451871.6的中国专利文献公开了一种发电
‑
储能系统，该发电
‑
储能系统包括高压气系统和气液混合系统，高压气系统包括储气容器和用于给储气容器供气的气体压缩装置，气液混合系统包括分别连接有补液循环系统和液力发电机组的气液混合容器，储气容器、气液混合容器之间通过调节阀相连，该发电
‑
储能系统可通过储气容器、气液混合容器来实现储能、发电，也可以选择多种运行模式。该发电
‑
储能系统作为一种新型发电系统，具有清洁无污染、布置灵活、运行寿命长等优点，对于大规模新能源消纳及提升电力系统的灵活性具有重要价值。然而，发电过程中气液混合系统内液体体积减小、压力趋向于下降，高压气系统通过压力调节阀对气液混合系统内补气，试图维持气压稳定，然而气压调节阀输出端气压难以维持恒定值，实践表明，气压调节阀输出气压波动幅度与输出气压平均值相比不小于5％。气液混合系统内气压的波动不仅严重影响了发电机组功率的稳定、机组的安全稳定运行，严重情况下会导致电力系统的低频振荡，因此提出维持气液混合系统气压稳定的控制方法对理论研究及工程实践具有重要的科学意义及实践价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种发电
‑
储能系统的波动压力发电控制方法及系统，本专利技术通过多变量控制信号控制高压气系统、气液混合系统之间气压调节阀的流量大小以维持气液混合系统中气体气压恒定，能够提升发电机组功率的稳定性、机组的安全稳定运行，防止电力系统的低频振荡。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种发电
‑
储能系统的波动压力发电控制方法，包括：
[0007]1)分别获取发电
‑
储能系统的测量气压P
meas
、实测功率值N
meas
以及高压气系统、气液混合系统之间气压调节阀的实测流量值
[0008]2)根据测量气压P
meas
、设定气压值P
ref
之间的差值生成气压误差信号，根据实测功率值N
meas
、目标功率值N
ref
之间的差值生成有功功率误差信号，根据目标流量值实
测流量值之间的差值生成流量误差信号；
[0009]3)将气压误差信号、有功功率误差信号以及流量误差信号求和生成多变量控制信号；
[0010]4)通过多变量控制信号控制高压气系统、气液混合系统之间气压调节阀的流量大小以维持气液混合系统中气体气压恒定。
[0011]可选地，所述设定气压值P
ref
、目标功率值N
ref
均为常数值，所述目标流量值为根据气液混合系统的动态特性计算得到。
[0012]可选地，步骤2)中还包括根据气液混合系统的动态特性计算目标流量值的步骤：
[0013]S1)将高压气系统、气液混合系统之间的气体视为两个气体控制体，气液混合系统中的液体视为液体控制体，气液混合系统中的器壁视为器壁控制体，分别建立发电阶段气体控制体和液体控制体的温度、体积、压力动态变化特性方程、液体控制体的方程、与气体接触器壁控制体的方程以及与液体接触器壁控制体的方程；
[0014]S2)针对发电阶段气体控制体和液体控制体的温度、体积、压力动态变化特性方程、液体控制体的方程、与气体接触器壁控制体的方程以及与液体接触器壁控制体的方程采用“乒乓”策略求解得到最优的目标流量值
[0015]可选地，步骤S1)中建立的发电阶段气体控制体和液体控制体的温度、体积、压力动态变化特性方程为：
[0016][0017]式(1)中，T
B,gas
,m
B,gas
分别为气液混合系统内空气控制体B的温度、质量，T
A,gas
,m
A,gas
分别为高压气系统内空气控制体A的温度、质量，t为时间，k为空气比热容的比值，为气液混合系统内空气控制体B的质量流入速率，h
l
表示气液混合系统的液体控制体
与器壁换热系数，A
l
表示气液混合系统的液体控制体与器壁接触的面积，T
l
表示气液混合系统的液体控制体的温度，表示气液混合系统内空气控制体B的空气定容比热容，U为与环境接触器壁的换热系数，A
G
为气液混合系统内空气控制体B与气体接触的器壁面积，T
B,gas,T
为气液混合系统内空气控制体B接触的器壁控制体温度，p
B,gas
为气液混合系统内空气控制体B的压力，为高压气系统内空气控制体A的质量流出速率，ρ
w
为汽液混合容器内液体控制体的密度，T
A,gas,T
为气液混合系统内空气控制体A接触的器壁控制体温度，表示气液混合系统内空气控制体A的空气定容比热容，为汽液混合容器内液体控制器的质量流出流率，为高压气系统内空气控制体A、气液混合系统内空气控制体B之间的交换速率，且满足R
g
为空气气体常数；
[0018]液体控制体的方程为：
[0019][0020]式(2)中，ρ
l
为液体密度，A
l
为液体控制体水平面的面积，c
l
为液体控制体的比热容，Z
l
为液体控制体的液位，p
gas
为气液混合容器内空气压力,p
gas
＝p
B,gas
，为液体控制体出口液体温度，为液体控制体出口的质量流率，h
gas,l
为液体控制体与气体控制体之间的换热系数，h
l,T
为液体与汽液混合容器器壁之间的换热系数，T
gas
为气液混合容器的空气温度，A
l,T
为液体控制体与汽液混合容器器壁接触的面积，T
l,T
为与液体控制体接触的容器器壁温度，表示抽液过程中的质量流量；
[0021]与气体接触器壁控制体的方程为：
[0022本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发电
‑
储能系统的波动压力发电控制方法，其特征在于，包括：1)分别获取发电
‑
储能系统的测量气压P
meas
、实测功率值N
meas
以及高压气系统、气液混合系统之间气压调节阀的实测流量值2)根据测量气压P
meas
、设定气压值P
ref
之间的差值生成气压误差信号，根据实测功率值N
meas
、目标功率值N
ref
之间的差值生成有功功率误差信号，根据目标流量值实测流量值之间的差值生成流量误差信号；3)将气压误差信号、有功功率误差信号以及流量误差信号求和生成多变量控制信号；4)通过多变量控制信号控制高压气系统、气液混合系统之间气压调节阀的流量大小以维持气液混合系统中气体气压恒定。2.根据权利要求1所述的发电
‑
储能系统的波动压力发电控制方法，其特征在于，所述设定气压值P
ref
、目标功率值N
ref
均为常数值，所述目标流量值为根据气液混合系统的动态特性计算得到。3.根据权利要求2所述的发电
‑
储能系统的波动压力发电控制方法，其特征在于，步骤2)中还包括根据气液混合系统的动态特性计算目标流量值的步骤：S1)将高压气系统、气液混合系统之间的气体视为两个气体控制体，气液混合系统中的液体视为液体控制体，气液混合系统中的器壁视为器壁控制体，分别建立发电阶段气体控制体和液体控制体的温度、体积、压力动态变化特性方程、液体控制体的方程、与气体接触器壁控制体的方程以及与液体接触器壁控制体的方程；S2)针对发电阶段气体控制体和液体控制体的温度、体积、压力动态变化特性方程、液体控制体的方程、与气体接触器壁控制体的方程以及与液体接触器壁控制体的方程采用“乒乓”策略求解得到最优的目标流量值4.根据权利要求3所述的发电
‑
储能系统的波动压力发电控制方法，其特征在于，步骤S1)中建立的发电阶段气体控制体和液体控制体的温度、体积、压力动态变化特性方程为：
式(1)中，T
B,gas
,m
B,gas
分别为气液混合系统内空气控制体B的温度、质量，T
A,gas
,m
A,gas
分别为高压气系统内空气控制体A的温度、质量，t为时间，k为空气比热容的比值，为气液混合系统内空气控制体B的质量流入速率，h
l
表示气液混合系统的液体控制体与器壁换热系数，A
l
表示气液混合系统的液体控制体与器壁接触的面积，T
l
表示气液混合系统的液体控制体的温度，表示气液混合系统内空气控制体B的空气定容比热容，U为与环境接触器壁的换热系数，A
G
为气液混合系统内空气控制体B与气体接触的器壁面积，T
B,gas,T
为气液混合系统内空气控制体B接触的器壁控制体温度，p
B,gas
为气液混合系统内空气控制体B的压力，为高压气系统内空气控制体A的质量流出速率，ρ
w
为汽液混合容器内液体控制体的密度，T
A,gas,T
为气液混合系统内空气控制体A接触的器壁控制体温度，表示气液混合系统内空气控制体A的空气定容比热容，为汽液混合容器内液体控制器的质量流出流率，为高压气系统内空气控制体A、气液混合系统内空气控制体B之间的交换速率，且满足R
g
为空气气体常数；液体控制体的方程为：式(2)中，ρ
l
为液体密度，A
l
为液体控制体水平面的面积，c
l
为液体控制体的比热容，Z
l
为液体控制体的液位，p
gas
为气液混合容器内空气压力,p
gas
＝p
B,gas
，为液体控制体出口液
体温度，为液体控制体出口的质量流率，h
gas,l
为液体控制体与气体控制体之间的换热系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇攀高，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：