一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括儲能設(shè)備的電能依次通過電機側(cè)變流器、DC/DC變換器、并網(wǎng)逆變器接入到交流電網(wǎng)中，其特征在于：所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)有電機側(cè)外環(huán)控制器實時采集電機和電機側(cè)變流器的狀態(tài)信息后依次通過電機側(cè)內(nèi)環(huán)控制器和電機側(cè)PWM發(fā)生器對電機側(cè)變流器的電機轉(zhuǎn)速、直流側(cè)電壓、機端電壓進行控制；由于采用上述的結(jié)構(gòu)，本實用新型確保壓縮空氣儲能系統(tǒng)在儲能時負(fù)荷特性穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率高，并且電網(wǎng)處于負(fù)荷低谷時，實現(xiàn)電能的大規(guī)模儲存。
【專利說明】
一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及壓縮空氣儲能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]壓縮空氣儲能(Compressed air energy storage，CAES)采用高壓空氣的形式進行電力存儲。儲能過程中，電力驅(qū)動壓縮機(或直接由機械能驅(qū)動)壓縮空氣并儲存于儲氣室中；釋能過程則釋放高壓空氣膨脹做功，帶動發(fā)電機對外輸出電力。
[0003]與其他儲能技術(shù)相比，壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有投資少、運行維護費用低、動態(tài)響應(yīng)快、運行方式靈活、經(jīng)濟性能高、環(huán)境污染小、占地面積小的特點，逐漸受到各國的重視。德國、美國、日本、意大利等發(fā)達國家均有壓縮空氣儲能電站正在建設(shè)過程中。我國大力發(fā)展壓縮空氣儲能技術(shù)在經(jīng)濟，社會和國家安全方面具有重要的戰(zhàn)略意義，其可促進我國智能電網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和重大裝備制造技術(shù)的快速發(fā)展。
[0004]但是目前在壓縮空氣儲能基礎(chǔ)理論和實驗系統(tǒng)研究上的匱乏和不足，同時現(xiàn)行的壓縮空氣儲能系統(tǒng)研究仍未能突破并網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)，嚴(yán)重限制壓縮空氣儲能系統(tǒng)的進一步發(fā)展。
[0005]針對上問題，提供一種新型的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)，確保壓縮空氣儲能系統(tǒng)在儲能時負(fù)荷特性穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率高，并且電網(wǎng)處于負(fù)荷低谷時，實現(xiàn)電能的大規(guī)模儲存。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)，確保壓縮空氣儲能系統(tǒng)在儲能時負(fù)荷特性穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率高，并且電網(wǎng)處于負(fù)荷低谷時，實現(xiàn)電能的大規(guī)模儲存。
[0007]為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是，一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括儲能設(shè)備的電能依次通過電機側(cè)變流器、DC/DC變換器、并網(wǎng)逆變器接入到交流電網(wǎng)中，其特征在于:所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)有電機側(cè)外環(huán)控制器實時采集電機和電機側(cè)變流器的狀態(tài)信息后依次通過電機側(cè)內(nèi)環(huán)控制器和電機側(cè)PWM發(fā)生器對電機側(cè)變流器的電機轉(zhuǎn)速、直流側(cè)電壓、機端電壓進行控制;所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)有電壓功率計算單元實時采集交流電網(wǎng)的電壓和功率并輸送到并網(wǎng)外環(huán)控制器產(chǎn)生參考信號到并網(wǎng)內(nèi)環(huán)控制器，并網(wǎng)內(nèi)環(huán)控制器通過并網(wǎng)PWM發(fā)生器對并網(wǎng)逆變器進行電流調(diào)節(jié);所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)有外環(huán)控制器采集儲能設(shè)備的電壓信號后參數(shù)參考信號送入內(nèi)環(huán)控制器，內(nèi)環(huán)控制器通過PWM發(fā)生器對DC/DC變換器進行電流調(diào)節(jié)。
[0008]所述的電機側(cè)內(nèi)環(huán)控制器輸出參考信號至電機側(cè)外環(huán)控制器。
[0009]所述的并網(wǎng)內(nèi)環(huán)控制器采集交流電網(wǎng)的電流信息。
[0010]所述的內(nèi)環(huán)控制器實時采集儲能設(shè)備的電流信息。
[0011]—種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由于采用上述的結(jié)構(gòu)，本實用新型確保壓縮空氣儲能系統(tǒng)在儲能時負(fù)荷特性穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率高，并且電網(wǎng)處于負(fù)荷低谷時，實現(xiàn)電能的大規(guī)模儲存。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細(xì)的說明；
[0013]圖1為本實用新型一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)的連接示意圖；
[0014]圖2為本實用新型一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)中電機側(cè)變流器的連接示意圖；
[0015]圖3為本實用新型一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)中并網(wǎng)逆變器的連接示意圖；
[0016]圖4為本實用新型一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)中DC/DC變換器的連接示意圖；
[0017]在圖1-4中，1、電機側(cè)變流器;2、DC/DC變換器;3、并網(wǎng)逆變器;4、儲能設(shè)備;5、交流電網(wǎng)；6、電機側(cè)外環(huán)控制器;7、電機側(cè)內(nèi)環(huán)控制器;8、電機側(cè)PWM發(fā)生器;9、并網(wǎng)外環(huán)控制器；10、并網(wǎng)內(nèi)環(huán)控制器；11、并網(wǎng)P麗發(fā)生器；12、外環(huán)控制器；13、內(nèi)環(huán)控制器；14、P麗發(fā)生器;15、電壓功率計算單元。
【具體實施方式】
[0018]交流型壓縮空氣儲能系統(tǒng)主要包括壓縮空氣儲能系統(tǒng)與飛輪儲能系統(tǒng)。這兩種儲能系統(tǒng)均需要與電機耦合，在電力系統(tǒng)應(yīng)用中多采用交流電機，因此，將這兩種儲能系統(tǒng)歸為交流型儲能系統(tǒng)。交流型的分布式儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有相似之處，均是通過交流電機吸收或發(fā)出功率;系統(tǒng)中一般采用高轉(zhuǎn)速的永磁同步電機、感應(yīng)電機等，需要將高頻的交流電整流和逆變后，變?yōu)楣ゎl的交流電并網(wǎng)。
[0019]由于交流型儲能系統(tǒng)一般與高速的電機耦合，故需要通過電力電子裝置經(jīng)整流及逆變后并網(wǎng)，典型并網(wǎng)結(jié)構(gòu)由電機側(cè)變流器和并網(wǎng)逆變器組成，同時在電機側(cè)變流器和并網(wǎng)逆變器加入了一個DC/DC變換器，主要作用是對電機側(cè)變流器直流出口電壓進行升壓。
[0020]具體如圖1-4所示，本實用新型包括儲能設(shè)備4的電能依次通過電機側(cè)變流器1、DC/DC變換器2、并網(wǎng)逆變器3接入到交流電網(wǎng)5中，其特征在于:所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)有電機側(cè)外環(huán)控制器6實時采集電機和電機側(cè)變流器I的狀態(tài)信息后依次通過電機側(cè)內(nèi)環(huán)控制器7和電機側(cè)PWM發(fā)生器8對電機側(cè)變流器I的電機轉(zhuǎn)速、直流側(cè)電壓、機端電壓進行控制;所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)有電壓功率計算單元15實時采集交流電網(wǎng)5的電壓和功率并輸送到并網(wǎng)外環(huán)控制器9產(chǎn)生參考信號到并網(wǎng)內(nèi)環(huán)控制器10，并網(wǎng)內(nèi)環(huán)控制器10通過并網(wǎng)PffM發(fā)生器11對并網(wǎng)逆變器3進行電流調(diào)節(jié);所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)有外環(huán)控制器12采集儲能設(shè)備4的電壓信號后參數(shù)參考信號送入內(nèi)環(huán)控制器13，內(nèi)環(huán)控制器13通過P麗發(fā)生器14對DC/DC變換器2進行電流調(diào)節(jié)。
[0021]電機側(cè)內(nèi)環(huán)控制器7輸出參考信號至電機側(cè)外環(huán)控制器6。并網(wǎng)內(nèi)環(huán)控制器10采集交流電網(wǎng)5的電流信息。內(nèi)環(huán)控制器13實時采集儲能設(shè)備4的電流信息。
[0022]電機側(cè)變流器I的控制系統(tǒng)主要對電機進行控制，在壓縮空氣儲能系統(tǒng)中多采用永磁同步電機，且只需考慮放電時的控制。總體來看，無論交流型儲能系統(tǒng)中采用的電機是何類型，處于何種工作模式，其電機側(cè)變流器I均可采用雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)。根據(jù)不同的控制目標(biāo)，電機側(cè)外環(huán)控制器6可對電機轉(zhuǎn)速、直流側(cè)電壓、機端電壓等電氣量進行控制，并得到電機側(cè)內(nèi)環(huán)控制器7的參考信號；內(nèi)環(huán)一般采用PI控制器控制電機電流，并產(chǎn)生變流器的調(diào)制信號。
[0023]并網(wǎng)逆變器3具有多種類型，按照直流側(cè)電源的性質(zhì)，可以分為電壓型逆變器和電流型逆變器;按照輸出電壓的相數(shù)，可以分為單相逆變器、三相逆變器和多相逆變器;另外，還可按其輸出電壓電平數(shù)、電壓波形類型、頻率、是否有隔離等進行分類。并網(wǎng)逆變器3的控制結(jié)構(gòu)采用雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，其中并網(wǎng)外環(huán)控制器9主要用于體現(xiàn)不同控制目的，產(chǎn)生內(nèi)環(huán)的電流參考信號，動態(tài)響應(yīng)較慢;并網(wǎng)內(nèi)環(huán)控制器10主要進行精細(xì)、快速的電流調(diào)節(jié)，動態(tài)響應(yīng)較快。
[0024]儲能系統(tǒng)應(yīng)用場景不同時，其并網(wǎng)逆變器3需采取不同的控制策略，控制策略的不同主要體現(xiàn)在逆變器的外環(huán)控制。常見的儲能并網(wǎng)逆變器的外環(huán)控制方法有:恒功率控制(PQ控制)、恒壓恒頻控制(V/f控制)、下垂控制(Droop控制)。恒功率控制的主要功能是使逆變器輸出的有功和無功功率跟隨功率參考值，其實質(zhì)是將有功功率和無功功率解耦后分別進行控制。恒壓恒頻控制的功能是通過調(diào)整逆變器輸出的功率，使逆變器出口處的交流電壓幅值和頻率維持不變，一般用于微電網(wǎng)獨立運行的情況。下垂控制是模擬發(fā)電機組“功頻靜特性”的一種控制方法，利用了注入交流電網(wǎng)的有功功率、無功功率分別和電壓相角、幅值成線性關(guān)系的原理，下垂控制有兩種基本的方法:通過調(diào)節(jié)電壓頻率和幅值控制輸出的功率;通過調(diào)節(jié)輸出的功率控制電壓頻率和幅值。
[0025]相比逆變器，DC/DC變換器2控制中涉及的均為直流量，不涉及坐標(biāo)變換，相對較為簡單。DC/DC變換器2的控制也多采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，外環(huán)控制器12根據(jù)不用的控制目的產(chǎn)生內(nèi)環(huán)的參考信號，內(nèi)環(huán)控制器13進行快速的電流調(diào)節(jié)。
[0026]本實用新型以其具有的良好電源特性和負(fù)荷特性，為實現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷”全過程柔性互動提供了利器。作為負(fù)荷儲能時，壓縮空氣進行儲能時負(fù)荷特性穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率高，尤其在風(fēng)電、光電出力大而電網(wǎng)處于負(fù)荷低谷時，對電能進行大規(guī)模儲存，在促進新能源發(fā)電的發(fā)展、避免棄風(fēng)、棄光等資源浪費具有積極意義;而在風(fēng)電、光電無出力而電網(wǎng)處于負(fù)荷高峰時，快速響應(yīng)為電網(wǎng)彌補功率缺口，提供持續(xù)穩(wěn)定電能，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
[0027]上面結(jié)合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型技術(shù)方案進行的各種改進，或未經(jīng)改進直接應(yīng)用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括儲能設(shè)備(4)的電能依次通過電機側(cè)變流器(1)、DC/DC變換器(2)、并網(wǎng)逆變器(3)接入到交流電網(wǎng)(5)中，其特征在于:所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)有電機側(cè)外環(huán)控制器(6)實時采集電機和電機側(cè)變流器(I)的狀態(tài)信息后依次通過電機側(cè)內(nèi)環(huán)控制器(7)和電機側(cè)PffM發(fā)生器(8)對電機側(cè)變流器(I)的電機轉(zhuǎn)速、直流側(cè)電壓、機端電壓進行控制;所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)有電壓功率計算單元(15)實時采集交流電網(wǎng)(5)的電壓和功率并輸送到并網(wǎng)外環(huán)控制器(9)產(chǎn)生參考信號到并網(wǎng)內(nèi)環(huán)控制器(10)，并網(wǎng)內(nèi)環(huán)控制器(10)通過并網(wǎng)PffM發(fā)生器(11)對并網(wǎng)逆變器(3)進行電流調(diào)節(jié);所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)有外環(huán)控制器(12)采集儲能設(shè)備(4)的電壓信號后參數(shù)參考信號送入內(nèi)環(huán)控制器(13)，內(nèi)環(huán)控制器(13)通過PffM發(fā)生器(14)對DC/DC變換器(2)進行電流調(diào)節(jié)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的電機側(cè)內(nèi)環(huán)控制器(7)輸出參考信號至電機側(cè)外環(huán)控制器(6)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的并網(wǎng)內(nèi)環(huán)控制器(10)采集交流電網(wǎng)(5)的電流信息。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的內(nèi)環(huán)控制器(13)實時采集儲能設(shè)備(4)的電流信息。
【文檔編號】H02J3/28GK205595802SQ201620447108
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】林其友, 劉亞南, 侯勁松, 陳來軍, 舒曉欣, 薛小代, 黃少偉
【申請人】國網(wǎng)安徽省電力公司蕪湖供電公司, 國家電網(wǎng)公司