基于压缩空气储能甩负荷的控制方法、混合储能耦合系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于压缩空气储能甩负荷的控制方法、混合储能耦合系统，其中，方法，将飞轮储能系统引入压缩空气储能系统膨胀

【技术实现步骤摘要】
基于压缩空气储能甩负荷的控制方法、混合储能耦合系统


[0001]本专利技术涉及压缩空气与飞轮混合储能的控制
，具体涉及一种基于压缩空气储能甩负荷的控制方法、混合储能耦合系统。

技术介绍

[0002]压缩空气储能（CAES）系统具有环境无污染，使用寿命长，储能容量大，成本低，不受建设地理环境制约等优点，被认为是除抽水蓄能外最具有大规模发展的物理储能。
[0003]CAES系统释能时是利用压缩空气驱动膨胀机运转带动
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发电机向电网输送电能，实现空气内能转化电能。而CAES系统释能过程中的级间再热器属于大型换热设备，内部容腔大、自身热容大，级间再热器及与之连接的主气管路具有不可忽视的压力和温度惯性。
[0004]在CAES系统释能膨胀机发生甩负荷的瞬间，换热器容腔及与之连接的主气管路内仍然充满高温高压的压缩空气，这部分气体将继续做功，输出气动扭矩驱动膨胀
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发电机组的转子旋转。然而，CAES系统释能膨胀机甩负荷时发电机与电网解列，膨胀
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发电机组转子上的电磁扭矩瞬间消失，气动转矩与电磁转矩失去平衡，膨胀
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发电机组转速在极短的时间内急剧飞升，引起发电机组转子超速飞车，这将给膨胀
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发电机组带来极大的危害，不仅会大大缩短发电机组转子的使用寿命，甚至造成转子断裂、机组报废、人身伤害。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的CAES系统释能膨胀机甩负荷时发电机与电网解列瞬间，膨胀
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发电机组转速在极短的时间内急剧飞升，引起发电机组转子超速飞车，存在安全隐患以及造成缩短发电机组转子的使用寿命的问题，从而提供一种基于压缩空气储能甩负荷的控制方法、混合储能耦合系统。
[0006]根据第一方面，本专利技术实施例提供一种基于压缩空气储能甩负荷的控制方法，包括如下步骤：实时监测压缩空气储能系统当前输出功率和飞轮储能系统当前转速；获取飞轮储能系统特性参数和压缩空气储能系统特性参数，所述特性参数包括：飞轮储能系统转动惯量和压缩空气储能系统甩负荷响应时间；基于所述压缩空气储能系统当前输出功率、所述飞轮储能系统当前转速、飞轮储能系统转动惯量和压缩空气储能系统甩负荷响应时间，计算飞轮储能系统基于压缩空气储能甩负荷设定的目标转速；响应于发电机与电网之间的第一可控开关断开，飞轮储能系统与发电机之间的第二可控开关闭合，控制所述飞轮储能系统按照所述目标转速执行充电动作。
[0007]通过实施上述实施方式，将飞轮储能系统引入压缩空气储能系统释能甩负荷过程，控制飞轮储能系统瞬间启动加速，基于计算出的目标转速执行充电动作开始储能，在规定的时间内将压缩空气储能系统内残存气体的能量吸收并以飞轮的动能存储起来。压缩空气储能系统释能甩负荷时，与电网解列，转子上的电磁扭矩瞬间消失，此时，启动飞轮储能
系统加速为膨胀
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发电机组的转子提供电磁扭矩，并与系统内残存气体带来的气动扭矩相平衡，从而抑制转子的超速飞车，进而达到确保压缩空气储能系统释能时，安全甩负荷，也提高了发电机组转子的使用寿命。
[0008]结合第一方面，在第一方面的一种实施方式中，基于所述压缩空气储能系统当前输出功率、所述飞轮储能系统当前转速、飞轮储能系统转动惯量和压缩空气储能系统甩负荷响应时间，计算飞轮储能系统基于压缩空气储能甩负荷设定的目标转速，通过如下公式计算：其中，为所述目标转速，为所述飞轮储能系统转动惯量，为所述飞轮储能系统当前转速，为所述压缩空气储能系统当前输出功率，为所述压缩空气储能系统甩负荷响应时间。
[0009]通过实施上述实施方式，基于目标转速的计算公式可以保证飞轮储能系统及时干预压缩空气储能系统释能阶段发生甩负荷，避免压缩空气储能系统发生甩负荷时存在的安全隐患。
[0010]结合第一方面，在第一方面的另一种实施方式中，基于预设升速率提升所述飞轮储能系统当前转速至所述目标转速，所述预设升速率通过如下公式计算：；其中，为所述预设升速率，为所述目标转速，为所述飞轮储能系统当前转速，为所述压缩空气储能系统甩负荷响应时间。
[0011]通过实施上述实施方式，基于预设升速率，可以确保飞轮储能系统在压缩空气储能系统甩负荷响应时间内以当前转速快速升至目标转速。
[0012]结合第一方面，在第一方面的另一种实施方式中，所述的基于压缩空气储能甩负荷的控制方法，还包括：实时监测压缩空气储能当前转速和所述飞轮储能系统当前转速；若所述压缩空气储能当前转速大于或等于第一预设阈值，基于第一计算方式调节所述目标转速；若所述压缩空气储能当前转速小于或等于第一预设阈值，返回所述实时监测压缩空气储能当前转速和所述飞轮储能系统当前转速的步骤。
[0013]通过实施上述实施方式，当压缩机储能系统的膨胀
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发电机组转子运转过快，需要快速提升飞轮储能系统当前转速至目标转速，以防无法及时干预压缩空气储能系统释能甩负荷现象。
[0014]结合第一方面，在第一方面的另一种实施方式中，所述的基于压缩空气储能甩负荷的控制方法，还包括：实时监测压缩空气储能当前转速和所述飞轮储能系统当前转速；若所述压缩空气储能当前转速大于或等于第二预设阈值，基于第二计算方式调节所述目标转速，所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值；若所述压缩空气储能当前转速小于或等于第二预设阈值，控制所述第二可控开关
断开，进而使得压缩空气储能系统安全停机。
[0015]通过实施上述实施方式，虽然压缩空气储能当前转速大于，但是仍然因释能甩负荷存在一定风险，需要飞轮储能系统按照第二计算方式干预压缩空气储能系统释能甩负荷，使得压缩空气储能系统当前转速提升至目标转速。当时，说明压缩机储能系统的膨胀
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发电机组转子运转过慢，快要接近停机状态，则控制飞轮储能系统与发电机之间的第二可控开关断开，进而使得压缩空气储能系统安全惰走停机，由飞轮储能系统单独运行。
[0016]结合第一方面，在第一方面的一种实施方式中，所述的基于压缩空气储能甩负荷的控制方法，在发电机与电网之间的第一可控开关断开之前，还包括：获取飞轮储能系统额定能量和压缩空气储能系统额定功率；基于所述飞轮储能系统转动惯量、所述飞轮储能系统当前转速、所述压缩空气储能系统甩负荷响应时间和所述压缩空气储能系统额定功率，计算所述飞轮储能系统与所述压缩空气储能系统甩负荷时残存的能量总和；若所述能量总和小于或等于所述飞轮储能系统额定能量，飞轮储能系统与电网之间的第三可控开关断开；若所述能量总和大于所述飞轮储能系统额定能量，控制飞轮储能系统按照预设转速执行放电动作。
[0017]通过实施上述实施方式，基于飞轮储能系统与压缩空气储能系统甩负荷时残存的能量总和与飞轮储能系统额定能量对比，在二者能量之和过大时，控制飞轮储能系统按照预设转速执行放电动作，为了保证在压缩空气储能系统释能甩负荷时，飞轮储能系统充电时不超速，确保飞轮储能系统工作时的安全性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩空气储能甩负荷的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：实时监测压缩空气储能系统当前输出功率和飞轮储能系统当前转速；获取飞轮储能系统特性参数和压缩空气储能系统特性参数，所述特性参数包括：飞轮储能系统转动惯量和压缩空气储能系统甩负荷响应时间；基于所述压缩空气储能系统当前输出功率、所述飞轮储能系统当前转速、飞轮储能系统转动惯量和压缩空气储能系统甩负荷响应时间，计算飞轮储能系统基于压缩空气储能甩负荷设定的目标转速；响应于发电机与电网之间的第一可控开关断开，飞轮储能系统与发电机之间的第二可控开关闭合，控制所述飞轮储能系统按照所述目标转速执行充电动作。2.根据权利要求1所述的基于压缩空气储能甩负荷的控制方法，其特征在于，基于所述压缩空气储能系统当前输出功率、所述飞轮储能系统当前转速、飞轮储能系统转动惯量和压缩空气储能系统甩负荷响应时间，计算飞轮储能系统基于压缩空气储能甩负荷设定的目标转速，通过如下公式计算：其中，为所述目标转速，为所述飞轮储能系统转动惯量，为所述飞轮储能系统当前转速，为所述压缩空气储能系统当前输出功率，为所述压缩空气储能系统甩负荷响应时间。3.根据权利要求2所述的基于压缩空气储能甩负荷的控制方法，其特征在于，基于预设升速率提升所述飞轮储能系统当前转速至所述目标转速，所述预设升速率通过如下公式计算：；其中，为所述预设升速率，为所述目标转速，为所述飞轮储能系统当前转速，为所述压缩空气储能系统甩负荷响应时间。4.根据权利要求1所述的基于压缩空气储能甩负荷的控制方法，其特征在于，还包括：实时监测压缩空气储能当前转速和所述飞轮储能系统当前转速；若所述压缩空气储能当前转速大于或等于第一预设阈值，基于第一计算方式调节所述目标转速；若所述压缩空气储能当前转速小于或等于第一预设阈值，返回所述实时监测压缩空气储能当前转速和所述飞轮储能系统当前转速的步骤。5.根据权利要求4所述的基于压缩空气储能甩负荷的控制方法，其特征在于，还包括：实时监测压缩空气储能当前转速和所述飞轮储能系统当前转速；若所述压缩空气储能当前转速大于或等于第二预设阈值，基于第二计算方式调节所述目标转速，所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值；若所述压缩空气储能当前转速小于或等于第二预设阈值，控制所述第二可控开关断开，进而使得压缩空气储能系统安全停机。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：付文秀，盛勇，孙爽，赵冬冬，王亮，陈海生，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：