[发明专利]具有动态负荷响应功能的压缩空气储能系统及控制方法

说明书

本发明提供了具有动态负荷响应功能的压缩空气储能系统及控制方法，通过负荷控制器实现了压缩空气储能阶段和释放能量阶段的负荷自动调节，其中负荷控制器包括负荷需求控制单元和频差负荷控制单元，其中负荷需求控制单元的输入端连接第一信号接收模块，负荷需求控制单元的输出端连接第一信号处理器和第一信号输出模块，频差负荷控制单元的输入端连接第二信号接收模块，频差负荷控制单元的输出端连接第二信号处理器和第二信号输出模块，通过模块控制，有效的实现了压缩空气储能在储能和释能两个阶段动态负荷需求的响应和一次调频，有效提升了压缩空气储能在安全边界条件下对电网的支撑能力。

技术领域

本发明涉及电力储能技术领域，具体为具有动态负荷响应功能的压缩空气储能系统及控制方法。

背景技术

压缩空气储能是构建以新能源为主体的新型电力系统，实现大规模储能的关键支撑技术之一，压缩空气储能主要通过利用电力系统负荷低谷时的剩余电量带动空气压缩机，将空气压入大容量储气室，即将电能转化成可存储的压缩空气势能，当系统发电容量不足时，再通过推动膨胀机做功发电，满足系统调峰需要。压缩空气储能具有容量大、使用寿命长、经济性好等优点。但受限于压缩空气储能系统还不完善，特别是压缩空气储能在其启动运行过程中的负荷响应能力较弱，对压缩空气储能系统的关键设备工艺还需进一步优化。由于储能过程的间断性出力及非线性过程，运行过程多处于手动控制阶段，自动化水平较低，特别是在可靠安全一次调频控制策略方面还有待研究，对电网的支撑能力尚未得到完全有效发挥。

发明内容

针对现有技术还在手动控制阶段存在自动化水平较低的问题，本发明提供具有动态负荷响应功能的压缩空气储能系统及控制方法，该压缩空气储能系统结构简单，实现对压缩空气储能系统能量充放过程的精准协调控制，提高了压缩空气储能的负荷响应速度和控制精度，提升了压缩空气储能技术对电网的支撑能力。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种具有动态负荷响应功能的压缩空气储能系统，包括负荷控制器、空压机入口导叶、膨胀机入口调节阀、空压机单元、柔性传动器、电动机、膨胀机单元、储气罐、同步发电机、储热系统和储冷系统；

所述负荷控制器的第一控制端通过空压机入口导叶与空压机单元相连接，负荷控制器的第二控制端的通过膨胀机入口调节阀与膨胀机单元相连接，负荷控制器的第三控制端与柔性传动器相连接；

所述空压机单元的出口压缩经储热系统换热后与储气罐相连接；所述储气罐的另一端与膨胀机单元相连接，所述膨胀机单元的驱动端与同步发电机相连接；所述膨胀机单元内的空气经储冷系统换热后排出气体；

所述负荷控制器包括负荷需求控制单元和频差负荷控制单元；

所述负荷需求控制单元的输入端连接第一信号接收模块，负荷需求控制单元的输出端连接第一信号处理器和第一信号输出模块；

所述频差负荷控制单元的输入端连接第二信号接收模块，频差负荷控制单元的输出端连接第二信号处理器和第二信号输出模块。

优选的，第一信号处理器和第二信号处理器内均设有模式切换器，其中，模式切换器用于切换储能模式和释能模式，当空压机单元运行时为储能模式，当膨胀机单元运行时为释能模式；

所述负荷需求控制单元通过模式切换器分别控制空压机入口导叶和膨胀机入口调节阀；

所述频差负荷控制单元通过模式切换器分别控制柔性传动器和膨胀机入口调节阀。

优选的，储气罐的输出端与膨胀机单元的输入端之间设有膨胀机入口截止阀。

优选的，空压机单元包括低压空压机和高压空压机；所述低压空压机一端与负荷控制器的第一控制端连接，低压空压机的另一端与高压空压机连接，且低压空压机和高压空压机分别通过储热系统进行换热。