本发明专利技术公开了能量飞轮阵列与压缩空气储能装置联合储能系统及方法,包括能量飞轮矩阵模块和空气储能模块,所述能量飞轮矩阵模块包括若干飞轮组成的飞轮矩阵和飞轮储能系统总控制器,所述若干飞轮与飞轮储能系统总控制器并联,能量飞轮矩阵模块经过换热系统与空气储能模块相连。将自放电的部分电能传输给压缩空气储能系统中的电动机,解决了飞轮储能自放电率高的缺点,大大增加了系统储能的效率,能量飞轮阵储能采用等比例输出策略,通过加权滑动滤波法,对压缩空气储能实际输出的功率进行平滑处理,将其作为联合发电系统目标输出,使得最终联合储能系统并入电网的功率更加平滑,从而提高电力系统稳定,改善电能质量。改善电能质量。改善电能质量。
【技术实现步骤摘要】
能量飞轮阵列与压缩空气储能装置联合储能系统及方法
[0001]本专利技术涉及储能
,尤其涉及能量飞轮阵列与压缩空气储能装置联合储能系统及方法。
技术介绍
[0002]在现存的储能方式中,按其具体方式可分为机械储能、电磁储能、化学储能三大类,其中飞轮储能与压缩空气储能作为机械储能中的主力军,它们各有优缺点也有各自受用的场景。飞轮储能发电系统具有能量的储存和释放非常方便的优点,可以在任意时间间隔、以任意的规模进行,它可以就近分散放置、零排放、适应环境保护的要求。飞轮储能技术分为能量飞轮储能与功率飞轮储能,能量型飞轮储能启动时间长,转速较功率型飞轮储能慢,因加减速时间长,适合平滑能量储存,同时因为自放电率高,如果不考虑其损耗,仅有飞轮储能系统一个系统,其工作效率会大打折扣。压缩空气储能技术,是一种利用压缩空气来储能的技术。目前,该技术多用于电力调峰。伴随着储能需求的不断增长,储能技术也正在不断提高,压缩空气储能的优点也逐渐体现出来,其具有启动时间短,设备使用寿命长,损耗低的特点,然而压缩空气储能也受一些方面因素的约束,例如:投资成本高,投资回报长、储气成本较高且对地质条件要求较高。
[0003]有资料显示,典型的压缩空气储能系统中,常用水来作为热量交换的介质,用空气来作为储能的气体。在压缩空气储能系统工作时,空气通过压缩机以及冷却器进行加压、降温,将气体存储在储气罐中;在使用电能时,释放储气罐中的气体,通过压缩机以及加热器进行膨胀、升温,然后通过永磁同步发电机进行发电。而传统的传统的方式在储能效率上较低,并且无法较好的回收储能过程中的散失的热量,需要对其采用的换热介质进行改造。
[0004]典型的能量飞轮储能系统中,是通过将飞轮(转子)加速到非常高的速度并将系统中的能量保存为转子的旋转能量(角动能)来储存能量的,但是能量飞轮储能的放电时间很短,不适合作为电网的长期储存,只能作为一个短期的能量补充。
[0005]中国专利文献CN108493968A公开了一种“飞轮储能阵列及其能量均衡控制方法”。由第一网侧双向DC/AC变换器(3)、第一飞轮群组(14)和第m飞轮群组(15)组成;第一飞轮群组(14)由第一飞轮电机(41)、第二飞轮电机(42)、第n飞轮电机(43)、第一机侧双向DC/AC变换器(21)、第二机侧双向DC/AC变换器(22)、第n机侧双向DC/AC变换器(23)组成;第m飞轮群组(15)由第n+1飞轮电机(51)、第n+2飞轮电机(52)、第2n飞轮电机(53)、第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)、第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)、第2n机侧双向DC/AC变换器(33)组成。上述技术方案储能的放电时间很短,不适合作为电网的长期储存,储能方式单一,稳定性较差。
技术实现思路
[0006]本专利技术主要解决原有的技术方案储能的放电时间很短,不适合作为电网的长期储存,储能方式单一,稳定性较差的技术问题,提供一种能量飞轮阵列与压缩空气储能装置联
合储能系统及方法,将自放电的部分电能传输给压缩空气储能系统中的电动机,解决了飞轮储能自放电率高的缺点,大大增加了系统储能的效率,能量飞轮阵储能采用等比例输出策略,通过加权滑动滤波法,对压缩空气储能实际输出的功率进行平滑处理,将其作为联合发电系统目标输出,通过算法迭代使每个飞轮充放电比例趋于一致,并且飞轮的功率也不会越界,使得最终联合储能系统并入电网的功率更加平滑,从而提高电力系统稳定,改善电能质量。
[0007]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
[0008]能量飞轮阵列与压缩空气储能装置联合储能系统,包括能量飞轮矩阵模块和空气储能模块,所述能量飞轮矩阵模块包括若干飞轮组成的飞轮矩阵和飞轮储能系统总控制器,所述若干飞轮与飞轮储能系统总控制器并联,能量飞轮矩阵模块经过换热系统与空气储能模块相连。
[0009]以压缩空气储能为主,飞轮储能为辅,补充放电,能量飞轮阵列与压缩空气储能装置之间的控制策略,能有效解决能量飞轮阵列储能相对能量密度低,自放电率高的问题,也使得两种储能方式能够高效的进行转换。
[0010]作为优选,所述的空气储能模块包括蓄热系统和储气系统,所述储气系统包括储气罐,储气罐进气端经过压缩机与进气口相连,储气罐出气端经过膨胀机与出气口相连,所述压缩机与电机相连,所述膨胀机与发电机相连。
[0011]作为优选,所述的飞轮包括飞轮本体、机械轴承以及永磁同步电动/发电机,所述永磁同步电动/发电机与飞轮储能系统总控制器相连。飞轮采用的是高强度的机械轴承并且处于真空室之中,在高速转动的同时也可以减小损耗。
[0012]作为优选,所述的蓄热系统包括设置在储气罐进气端的冷却器和设置在储气罐出气端的加热器,所述冷却器进气端与低温储热罐出气端相连,所述冷却器出气端与高温储热罐进气端相连,所述加热器进气端与高温储热罐出气端相连,所述加热器出气端与低温储热罐进气端相连。
[0013]作为优选,所述的换热系统包括能量飞轮矩阵模块出气端和能量飞轮矩阵模块进气端,能量飞轮矩阵模块出气端与高温储热罐进气端相连,能量飞轮矩阵模块进气端与低温储热罐出气端相连。能量飞轮组在运行时产生的热量通过换热系统进行收集,参与到整个系统的热量循环之中。在能量飞轮组运行时,其运行产生的热量约占总损耗的10%,其产生的热量如果通过换热系统进行使用,能够明显增加联合储能系统的效率。
[0014]能量飞轮阵列与压缩空气储能装置联合储能系统的控制方法,包括以下步骤:
[0015]判断压缩空气储能装置是否到达额定功率;
[0016]判断能量飞轮矩阵模块是否到达额定功率;
[0017]若压缩空气储能装置到达额定功率且能量飞轮矩阵模块到达额定功率,则能量飞轮矩阵模块将其自放电的电能用于飞轮储能系统总控制器;
[0018]若压缩空气储能装置未到达额定功率且能量飞轮矩阵模块到达额定功率,则能量飞轮矩阵模块配合压缩空气储能装置进行放电;
[0019]若能量飞轮矩阵模块未到达额定功率,则能量飞轮矩阵模块停止放电,开始储能。
[0020]能量飞轮阵列系统将自放电所释放的电用于飞轮储能系统总控制器,能有效解决能量飞轮储能自放电率高的问题。其自放电公式为:
[0021][0022]其中,J为飞轮的转动惯量,n1与n0分别为自放电前与自放电后飞轮的转速、E
o
为期间放电量。一般每个充满电的能量飞轮在储能状态下,其能量损失每小时超过10%。在能量飞轮阵列储能系统中,其控制损耗约占到整体损耗的25%,如果将能量飞轮阵列自放电的能量用于控制器,其系统整体的效率将提高到约95%。
[0023]作为优选,所述的飞轮储能系统总控制器控制飞轮配合压缩空气储能装置进行放电时,采用等比例输出控制对飞轮阵中每个飞轮的功率进行分配,转速高转动惯量大的飞轮的放电裕度大,初始放电比例也越大;转速小转动惯量小的飞轮的放电裕度小,初始放电比例也越小,通过算法迭代使每个飞轮充放电的比例相本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.能量飞轮阵列与压缩空气储能装置联合储能系统,其特征在于,包括能量飞轮矩阵模块和空气储能模块,所述能量飞轮矩阵模块包括若干飞轮组成的飞轮矩阵和飞轮储能系统总控制器,所述若干飞轮与飞轮储能系统总控制器并联,能量飞轮矩阵模块经过换热系统与空气储能模块相连。2.根据权利要求1所述的能量飞轮阵列与压缩空气储能装置联合储能系统,其特征在于,所述空气储能模块包括蓄热系统和储气系统,所述储气系统包括储气罐,储气罐进气端经过压缩机与进气口相连,储气罐出气端经过膨胀机与出气口相连,所述压缩机与电机相连,所述膨胀机与发电机相连。3.根据权利要求1所述的能量飞轮阵列与压缩空气储能装置联合储能系统,其特征在于,所述飞轮包括飞轮本体、机械轴承以及永磁同步电动/发电机,所述永磁同步电动/发电机与飞轮储能系统总控制器相连。4.根据权利要求2所述的能量飞轮阵列与压缩空气储能装置联合储能系统,其特征在于,所述蓄热系统包括设置在储气罐进气端的冷却器和设置在储气罐出气端的加热器,所述冷却器进气端与低温储热罐出气端相连,所述冷却器出气端与高温储热罐进气端相连,所述加热器进气端与高温储热罐出气端相连,所述加热器出气端与低温储热罐进气端相连。5.根据权利要求4所述的能量飞轮阵列与压缩空气储能装置联合储能系统,其特征在于,所述换热系统包括能量飞轮矩阵模块出气端和能量飞轮矩阵模块进气端,能量飞轮矩阵模块出气端与高温储热罐进气端相连,能量飞轮矩阵模块进气端与低温储热罐出气端相连。6.能量飞轮阵列与压缩空气储能装置联合储能系统的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:判断压缩空气储能装置是否到达额定功率;判断能量飞轮矩阵模块是否到达额定功率;若压缩空气储能装置到达额定功率且能量飞轮矩阵模块到达额定功率,则能量飞轮矩阵模块将其自放电的电能用于飞轮储能系统总控制器;若压缩空气储能装置未到达额定功率且能量飞轮矩阵模块到达额定功率,则能量飞轮矩阵模块配合压缩空气储能装置进行放电;若能量飞轮矩阵模块未到达额定功率,则能量飞轮矩阵模块停止放电,开始储能。7.根据权利要求6所述的能量飞轮阵列与压缩空气储能装置联合储能系统的控制方法,其特征在于,所述飞轮储能系统总控制器控制飞轮配合压缩空气储能装置进行放电时,采用等比例输出控制对飞轮...
【专利技术属性】
技术研发人员:潘建臣,武新章,张冬冬,郭平辉,童雨斌,王伟,蔡贞,
申请(专利权)人:浙江超精电机科技有限公司,
类型:发明
国别省市:
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