[发明专利]绝热压缩空气储能发电系统及其发电-调相切换控制方法

说明书

本发明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。绝热压缩空气储能发电系统包括储能系统和控制装置：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，发电模块包括发电机和至少一级空气做功单元，每级空气做功单元包括依次连接的换热装置和空气做功装置，当包括多级空气做功单元时，所有的空气做功单元依次连接，最后一级空气做功单元的空气做功装置与发电机连接；第一储热装置和第二储热装置与每级空气做功单元的换热装置连接；发电机上集成设有全控励磁装置。采用全控励磁装置，提供了无功调节的第二通道，提高了发电机的电压支撑及灵活调相能力和储能电站的资产利用效率。

技术领域

本发明涉及绝热压缩空气储能技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明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：

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。