压缩空气膨胀发电系统最大效率跟踪控制策略

导读

传统微小型压缩空气储能膨胀发电系统通过变速箱来降低转速，使其输出电能满足功率需求，这种方式下膨胀机无法根据流量变化工作在相应的最大效率点，同时，变速箱的接入增加了系统损耗、占地、维护成本，降低了膨胀发电环节效率。

引言

    压缩空气储能系统在常规电力、可再生能源和智能电网中具有广泛的应用前景，是当前电力储能领域的研究热点之一。膨胀发电系统主要由膨胀机与发电机构成，是压缩空气储能系统的关键部分。膨胀发电系统控制技术是微小型压缩空气储能系统关键技术之一。

    传统膨胀发电机组中变速箱的接入增加了系统机械损失；其次，变速箱体积大，其接入不但增加系统占地，还增加后期运行维护成本；此外，传统膨胀发电机组膨胀机与发电机转速一定，因此，无法对转速进行控制，使得膨胀机无法根据流量变化一直工作在对应最高效率点，机组效率不能实时达到最优。本研究将变流器引入膨胀发电系统并省去变速箱，目前用于压缩空气储能膨胀发电的变流器研究尚处于起步阶段。

创新点

    考虑变流器灵活的转速控制与功率控制能力，本文在去掉变速箱的同时将变流器引入，在充分考虑热、气、电耦合因素下，结合相似理论提出了膨胀发电系统最高效率点跟踪控制策略，通过转速控制使膨胀机在不同功率指令下均达到效率最优。并对膨胀发电系统进行建模仿真，结果表明，变流器具有灵活的控制能力，系统在不同功率需求下均稳定运行，不但可以实时调节转速跟踪参考值，而且膨胀机在不同功率需求下均工作在最大效率，实现最佳工作状态运行。

结论

    针对压缩空气储能膨胀发电系统的控制问题，本文研究了基于变流器的膨胀发电系统，并提出了一种膨胀发电系统最高效率点跟踪的控制策略，结果表明：

    （1）采用膨胀机与高速同步发电机直连的方式，解决了齿轮箱接入所带来的体积大、损耗大等问题，结构紧凑、效率优良，应用于备用电源场景具有一定优势；

    （2）膨胀发电系统可以在不同功率指令下稳定运行，变流器可实现功率传输与负载功率灵活控制，膨胀机可实时工作在效率最高点。本文对压缩空气储能膨胀发电系统控制研究具有理论与实际意义。

标签：发电,储能,系统,膨胀机,压缩空气,膨胀,控制策略
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