绝热压缩空气储能发电系统及其发电-调相切换控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种绝热压缩空气储能发电系统及其发电

【技术实现步骤摘要】
绝热压缩空气储能发电系统及其发电
‑
调相切换控制方法


[0001]本专利技术涉及绝热压缩空气储能
，尤其涉及一种绝热压缩空气储能发电系统及其发电
‑
调相切换控制方法。

技术介绍

[0002]随着大规模新能源集中接入和直流跨区输送容量的持续增加，电网“强直弱交”特性凸显，安全运行面临新的挑战。具体表现为：受端电网常规机组被大量替代，直流落点近区电压控制难度增大；送端电网新能源集群规模与交流系统强度不匹配时，易引发暂态过电压问题。相比于静止无功发生器(Static Var Generator，SVG)等电力电子装置，调相机具备瞬态电压支撑能力强、暂态响应速度快、提供短路容量和旋转惯量等优点，更适合作为新型电力系统的稳定器。然而，高昂的设备投资是制约调相机推广应用的关键因素。
[0003]现有技术中，绝热压缩空气储能(adiabatic compressed air energy storage，AA
‑
CAES)与电池、超级电容等基于电力电子技术的储能技术相比，AA
‑
CAES在非发电时段作调相机运行，不仅能够提升交流电网强度和抗扰动能力，而且能够提高储能电站的利用效率。
[0004]然而，绝热压缩空气储能技术尚处于工程示范阶段，没有成熟完备的理论技术体系可供借鉴。作为调峰机组，AA
‑
CAES的闲置时间较长、资产利用效率低，“日启停”的工作方式也对设备的制造工艺提出较为严苛的要求。在非发电时段断开空气透平和发电机间的液力耦合器/连轴器，令发电机作调相机运行可以挖掘储能系统的电压支撑潜力，但空气透平的频繁启停仍不可避免且该方法并不适用于空气透平发电机组为一体化设计的场合。
[0005]有相关技术论证了一体化空气透平发电机组调相运行的可行性，并探讨了引入调相模式在电网电压稳定及延长空气透平发电机组寿命方面的裨益，但并未涉及对空气透平的控制。励磁系统的性能对发电机的稳定运行至关重要，传统基于可控硅相控整流器(silicon controlled rectifier,SCR)的自并励励磁系统在可靠性、响应速度等方面性能优越，但在大扰动下的动态电压支撑能力及灵活调相方面与实际工程的需求间尚有较大差距。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种绝热压缩空气储能发电系统及其发电
‑
调相切换控制方法，相比传统“日启停”的工作方式，通过引入调相模式拓展了绝热压缩空气储能发电系统电压支撑的功能，从而提高了储能电站的资产利用效率；由于采用全控励磁装置，提供了无功调节的第二通道，从而提高了发电机的电压支撑及灵活调相能力。此外，发电
‑
调相模式切换控制方法可以保证储能发电系统在多模式下灵活运行。
[0007]本专利技术提供一种绝热压缩空气储能发电系统，包括储能系统和控制装置：
[0008]所述储能系统包括储气模块、第一储热装置、第二储热装置和发电模块，所述发电模块包括发电机和至少一级空气做功单元，每级所述空气做功单元包括依次连接的换热装
置和空气做功装置，当包括多级所述空气做功单元时，所有的所述空气做功单元依次连接，最后一级所述空气做功单元的所述空气做功装置与所述发电机连接；所述第一储热装置和所述第二储热装置与每级所述空气做功单元的换热装置连接，所述储气模块与第一级所述空气做功单元的换热装置连接，所述第一储热装置和所述第二储热装置连接；
[0009]所述发电机上集成设有全控励磁装置，所述控制装置用于发出对所述全控励磁装置、空气流量和储热介质流量的控制信号，所述全控励磁装置用于根据所述控制装置发出的控制信号调节励磁系统。
[0010]根据本专利技术提供的绝热压缩空气储能发电系统，还包括用于对所述全控励磁装置提供励磁电源的励磁变压装置，所述励磁变压装置与所述全控励磁装置连接。
[0011]根据本专利技术提供的绝热压缩空气储能发电系统，还包括用于将所述发电机发出的电升压到电网电压的主变压器，所述主变压器分别与所述发电机和所述励磁变压装置连接。
[0012]根据本专利技术提供的绝热压缩空气储能发电系统，所述全控励磁装置包括三相全控整流电路、直流斩波电路和直流电容；
[0013]所述三相全控整流电路包括三个桥臂，每个所述桥臂上设有两个串联的电压源型全控器件；
[0014]所述直流斩波电路包括两个桥臂，每个所述桥臂上设有两个串联的电压源型全控器件；
[0015]所述直流电容与所述全控整流电路和所述直流斩波电路并联。
[0016]根据本专利技术提供的绝热压缩空气储能发电系统，所述三相全控整流电路中，三个所述桥臂的中点分别与所述励磁变压装置低压侧的三相绕组连接；
[0017]所述三相全控整流电路中，三个所述桥臂上的电压源型全控器件采用IGBT，每个所述IGBT的门极与所述控制装置连接；
[0018]所述直流斩波电路中，两个所述桥臂上的电压源型全控器件采用IGBT，每个所述IGBT的门极与所述控制装置连接。
[0019]根据本专利技术提供的绝热压缩空气储能发电系统，所述控制装置包括第一无功控制模块、第二无功控制模块和有功控制模块；
[0020]所述第一无功控制模块用于控制所述直流斩波电路中各个IGBT的通断；所述第二无功控制模块用于控制所述三相全控整流电路中各个IGBT的通断；所述有功控制模块用于控制空气流量和储热介质流量。
[0021]根据本专利技术提供的绝热压缩空气储能发电系统，所述发电模块包括第一空气做功单元和第二空气做功单元，所述第一空气做功单元包括第一换热装置和第一空气透平，所述第二空气做功单元包括第二换热装置和第二空气透平，所述第一换热装置、所述第一空气透平、第二换热装置和第二空气透平依次连接。
[0022]根据本专利技术提供的绝热压缩空气储能发电系统，所述第二储热装置与所述换热装置连接的管路上设有循环泵。
[0023]根据本专利技术提供的绝热压缩空气储能发电系统，所述储气模块与所述换热模块连接的管路上设有节流阀。
[0024]本专利技术还提供一种基于以上任一项的绝热压缩空气储能发电系统的发电
‑
调相切
换控制方法，包括：
[0025]判断绝热压缩空气储能发电系统的运行模式，包括发电模式、调相模式、发电
‑
调相切换模式；
[0026]发电模式下，预设发电机有功功率参考值，获取当前发电机输出的有功功率信号，将获取的发电机输出的有功功率与预设的有功功率参考值进行对比，根据对比结果调节节流阀开度和循环泵转速，使发电机按有功参考值输出有功功率；
[0027]调相模式下，预设发电机同步转速参考值和第二空气透平的排气温度参考值，获取当前发电机转速信号和第二空气透平的排气温度信号，将获取的发电机转速和第二空气透平的排气温度分别与预设发电机同步转速参考值和第二空气透平的排气温度参考值进行对比，根据对比结果调节节流阀开度和循环泵转速，使发电机按照同步转速参考本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝热压缩空气储能发电系统，其特征在于，包括储能系统和控制装置：所述储能系统包括储气模块、第一储热装置、第二储热装置和发电模块，所述发电模块包括发电机和至少一级空气做功单元，每级所述空气做功单元包括依次连接的换热装置和空气做功装置，当包括多级所述空气做功单元时，所有的所述空气做功单元依次连接，最后一级所述空气做功单元的所述空气做功装置与所述发电机连接；所述第一储热装置和所述第二储热装置与每级所述空气做功单元的换热装置连接，所述储气模块与第一级所述空气做功单元的换热装置连接，所述第一储热装置和所述第二储热装置连接；所述发电机上集成设有全控励磁装置，所述控制装置用于发出对所述全控励磁装置、空气流量和储热介质流量的控制信号，所述全控励磁装置用于根据所述控制装置发出的控制信号调节励磁系统。2.根据权利要求1所述的绝热压缩空气储能发电系统，其特征在于，还包括用于对所述全控励磁装置提供励磁电源的励磁变压装置，所述励磁变压装置与所述全控励磁装置连接。3.根据权利要求2所述的绝热压缩空气储能发电系统，其特征在于，还包括用于将所述发电机发出的电升压到电网电压的主变压器，所述主变压器分别与所述发电机和所述励磁变压装置连接。4.根据权利要求2所述的绝热压缩空气储能发电系统，其特征在于，所述全控励磁装置包括三相全控整流电路、直流斩波电路和直流电容；所述三相全控整流电路包括三个桥臂，每个所述桥臂上设有两个串联的电压源型全控器件；所述直流斩波电路包括两个桥臂，每个所述桥臂上设有两个串联的电压源型全控器件；所述直流电容与所述全控整流电路和所述直流斩波电路并联。5.根据权利要求4所述的绝热压缩空气储能发电系统，其特征在于，所述三相全控整流电路中，三个所述桥臂的中点分别与所述励磁变压装置低压侧的三相绕组连接；所述三相全控整流电路中，三个所述桥臂上的电压源型全控器件采用IGBT，每个所述IGBT的门极与所述控制装置连接；所述直流斩波电路中，两个所述桥臂上的电压源型全控器件采用IGBT，每个所述IGBT的门极与所述控制装置连接。6.根据权利要求5所述的绝热压缩空气储能发电系统，其特征在于，所述控制装置包括第一无功控制模块、第二无功控制模块和有功控制模块；所述第一无功控制模块用于控制所述直流斩波电路中各个IGBT的通断；所述第二无功控制模块用于控制所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宁宁，梅生伟，孙长平，雷肖，薛小代，卢强，王亚洲，钟声远，丁若晨，郑志美，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：