热泵储电系统的热力学分析

热泵储电技术可由多种热力学循环类型和储热/储冷类型的组合实现。为了研究热泵储电系统损失产生的机制及各类损失因素对循环效率的影响,本文在传统循环计算的基础上进行了热力学分析和参数敏感性研究。对热泵储电系统储能和释能过程进行了热力学建模和分析,通过控制变量法分析了系统参数,包括压缩/膨胀过程效率、换热端差、阻力、储热/储冷效率等对热泵储电系统性能的影响,得到了各设计参数对系统循环效率影响程度的相对值,即敏感系数。最后提出,通过优化影响程度最高的关键设计参数,如提高压缩/膨胀过程效率、降低机械损失和换热端差等,可实现热泵储电系统性能的提升。研究结果可为热泵储电系统的优化设计提供参考。     

微型压缩空气储能系统工作特性研究

为了探究微型压缩空气储能的工作特性,本文通过分析微型压缩空气储能系统的工作过程及原理,运用?分析法建立了系统储能过程、释能过程理论分析模型,并建立了系统?效率的评价模型;运用Aspen Plus软件建立系统储能子系统、释能子系统的流程仿真模型,分析了膨胀机入口压力、膨胀初始温度、系统流量等因素对膨胀机工作特性、系统效率的影响。仿真结果表明:增加入口压力、膨胀初始温度、系统流量和膨胀比能够有效地增加系统输出轴功;膨胀比以及膨胀初始温度越高,系统效率越高,但增长速度减缓,系统流量对系统效率几乎没有影响。本文建立的微型压缩空气储能系统热力学分析模型以及仿真结果能够正确反映关键输入参数对膨胀机输出特性的影响规律,可为设计高效微型压缩空气储能系统提供理论依据。     

耦合超临界二氧化碳储能循环燃煤机组动态特性仿真EI北大核心CSCD

为提高燃煤机组灵活性,该文提出燃煤机组集成超临界二氧化碳储能(compressed supercritical carbon dioxide energy storage,SC-CCES)循环的热力发电系统。基于机理建模法在MATLAB平台建立耦合SC-CCES系统的燃煤机组动态数学模型,利用仿真实验研究系统的耦合特性,获取SC-CCES系统在储能阶段、释能阶段关键参数的动态响应曲线,并开展参数动态特性研究。结果表明:系统在设计点运行时,降负荷范围可达2.53%Pe(Pe为额定负荷),该范围降负荷速率较快,可达25.735%Pe/min;升负荷范围可达0.71%Pe,该范围内升负荷速率可达5.31%Pe/min,同时升负荷阶段利用锅炉送风与SC-CCES系统耦合可使燃煤机组节约煤耗5.05g/(kW·h)。所构建的热耦合热力系统在改善燃煤机组灵活性方面有较好应用前景,可为SC-CCES系统的工程应用奠定理论基础。     

热泵储电技术研究进展

一种新型的大规模储电技术——热泵储电系统具有不受地理条件的限制、成本低、储能密度高和系统效率高等优点,近年来受到广泛关注。该文详述了热泵储电系统的原理和特性,从动力循环和工作介质两个方面对各种热泵储电系统的原理、特点和发展状况进行了详细介绍,并分析了热泵储电系统的关键技术和发展趋势。     

双馈风力发电机组并网控制策略及性能分析

为了实现双馈风力发电机组无冲击电流并网,基于电网电压定向矢量控制技术,提出了一种考虑转子电流动态调节特性的双馈风力发电机组空载并网控制策略。基于Matlab/Simulink仿真平台,建立了双馈风力发电机系统及其并网控制的数学模型,并对不同初始运行转速的双馈风力发电机组的自动并网运行特性进行了仿真。仿真实验结果证明无论初始转速为同步转速,还是超、亚同步转速,利用提出的并网控制策略,双馈风力发电机组能很好快速地建立定子电压,并网过渡过程定子电流基本没有冲击。     

考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略

为提升风-储联合运行系统的动态频率稳定性能,针对目前调频控制策略未充分发挥风电机组频率调节能力、无法适应负荷扰动过大情况以及转子转速恢复阶段存在频率二次跌落的问题,提出一种考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略。在惯量响应阶段结合转速约束和频率指标自适应调整虚拟惯量和下垂控制系数,在转子转速恢复阶段利用负指数函数动态调整转速恢复过程中功率参考值,避免频率的二次跌落。将风电机组与储能电池结合,引入频率稳定域概念,利用储能电池扩展频率稳定域边界,进一步提升风储联合系统的抗负荷扰动能力和频率稳定性。最后对风储联合调频策略进行仿真,结果表明在不同风速和不同负荷扰动下,所提控制策略能充分发挥风电机组频率响应控制能力的同时,避免了频率二次跌落,提升了电网频率安全稳定性。     

电动钻机燃气孤岛电站并联储能系统荷电状态误差抑制

基于下垂控制策略的蓄电池储能系统被广泛应用于孤岛电站以维持系统稳定运行。考虑到蓄电池储能设备运行点的随机性、电池特性曲线偏移、输出扰动等因素,在放电过程中并联蓄电池储能系统间必然会出现荷电状态(state of charge,SoC)差异。针对上述问题,提出一种SoC误差抑制下垂控制策略,使并联储能设备在运行过程中消除不同储能设备间SoC误差。首先分析传统下垂控制下并联蓄电池储能系统SoC误差对孤岛电网稳定运行带来的危害;在此基础上,将SoC引入有功下垂因子,使储能设备间SoC误差以e指数曲线下降,减少误差收敛过程对系统的冲击;其次,结合一阶微分方程特性,调节控制策略中加速因子,加快抑制并联蓄电池储能系统间SoC误差。仿真结果验证了该理论的正确性和方案的有效性。     

液化空气储能系统参与电网调频的动态特性研究

为深入研究液化空气储能系统参与电网调频的动态特性,基于液化空气储能系统的数学模型,建立了12.5 MW液化空气储能机组膨胀系统的仿真模型,并结合无穷大电网模型,模拟了储能系统在空载冲转、并网以及电网调频工况下的参数变化,分析了液化空气储能系统作为新的辅佐新能源电网调频技术的可行性及其动态特性。仿真结果表明:空载冲转过程中,膨胀机转子转速标幺值最大为1.013,超速比为1.3%;并网发电过程中,实际转速标幺值和实际电功率标幺值在765 s时稳定至1;电网调频过程中,实际功率标幺值在 10 s内稳定至0.990,且在调频过程中实际电功率标幺值最高为1.032。本研究为了解液化空气储能系统参与电网调频的动态特性提供了数据参考。     

户用热泵供暖直流微电网控制策略研究∗

为降低户用太阳能热泵供暖机组运行费用,实现清洁供暖,设计一套光储直流微电网为热泵供暖机组供电. 对蓄电池储能单元的充放电工作过程进行分析,研究储能单元的电压外环、电流内环控制策略.应用软件搭建户用热泵供暖直流微电网仿真模型,仿真结果验证了光储直流微电网控制策略的可行性和稳定性.     

提高快充电站与配电网互动能力的储能系统模型及控制策略

快充电站的大功率运行特性加剧了电网失稳风险,成为限制其规模化应用的瓶颈,在此背景下提出了含储能快充电站的应用模式。针对充储网络与配电网双向融合产生的频率、电压支撑等暂态问题与负荷削峰填谷等中长期动态稳定问题,提出一种电池储能系统多时间尺度仿真模型,并对各组成模块的控制策略展开研究。首先,采用功率解耦控制方式实现储能系统的调节能力最大化;其次,为增强储能系统自动检测、快速调节和精准控制的能力,在仿真模型中加入附加频率控制、电压控制环节,并设置限幅约束和动作死区。最后,基于区域配电网中含储能快充电站实例,对储能系统仿真模型及其控制策略的有效性进行验证分析。     

不确定环境条件下光伏储能系统作为电网黑启动电源的可行性分析

配置储能的光伏电站作为电网黑启动电源时,可以视为一种特殊的孤岛运行状态。仿真得出了光伏阵列在不同温度和光照强度下的输出特性;以此为依据制定适用于电网黑启动的光伏系统控制策略,分析并对比了储能配置情况及环境变化对光伏系统带动电网黑启动能力的影响。结果表明,控制策略具有一定程度上的环境适应性,储能配置情况及环境变化会影响系统黑启动过程中的频率、电压稳定性以及黑启动时间。基于仿真结果,总结了光伏电站作为电网黑启动电源的应用条件,可以为黑启动方案的制定和现场实验提供参考。     

黑启动时大功率电动机启动对系统影响的研究

电网事故应急处理的黑启动过程中,经常会遇到电厂给水泵、循泵的启动等大功率异步电动机启动的情况,而这些大容量电动机的启动一定程度上会影响黑启动初始阶段小系统的稳定运行.结合上海电网黑启动试验,利用RTDS对大功率电动机启动时小系统的运行特性进行了仿真研究,认为电压下降是影响小系统安全运行的最主要因素.     

基于涡旋机的新型压缩空气储能系统动态建模与效率分析

提高储能效率是压缩空气储能方式在新能源发电领域应用的重要前提。本文综合考虑泄漏、摩擦损耗等对涡旋压缩机性能的影响,建立基于各腔室容积和气体质量变化的压力动态方程及主轴运动方程,并给出了基于涡旋机的压缩空气储能系统动态数学模型;通过采用遗传算法辨识综合影响系数和转动惯量两关键参数优化完善了模型;仿真和试验对比研究表明涡旋压缩机效率高并具有良好的变工况特性;涡旋压缩机多转速试验验证了动态模型的有效性,同时指出了压缩机全效率存在最优的运行速度及恒转速下随排气压力升高而降低的工作特点,为研究涡旋压缩机的效率优化控制奠定了坚实的理论和实践基础。     

储能型直驱永磁同步风力发电控制系统

为提高直驱永磁风力发电系统的性能,在直流侧增加新型钒氧化还原液流电池（VRB）储能装置。设计了相应的双向DC/DC变换器控制策略,在风速变化时,VRB能够通过快速充放电平抑系统发电机输出功率波动以及平衡电网需求功率;在电网电压跌落时,还可提高低电压穿越能力。对具有储能电池的风力发电系统建立了仿真模型,详细分析了系统在风速变化、电网需求功率变化以及电压跌落时的动态响应过程和运行特性,并给出了仿真验证。仿真结果表明,在直流侧加VRB储能装置,有效地提高了直驱风电系统并网运行性能和低电压穿越能力,系统动态响应速度快。     

储能型直驱永磁同步风力发电控制系统

为提高直驱永磁风力发电系统的性能,在直流侧增加新型钒氧化还原液流电池(VRB)储能装置.设计了相应的双向DC/DC变换器控制策略,在风速变化时,VRB能够通过快速充放电平抑系统发电机输出功率波动以及平衡电网需求功率;在电网电压跌落时,还可提高低电压穿越能力.对具有储能电池的风力发电系统建立了仿真模型,详细分析了系统在风速变化、电网需求功率变化以及电压跌落时的动态响应过程和运行特性,并给出了仿真验证.仿真结果表明,在直流侧加VRB储能装置,有效地提高了直驱风电系统并网运行性能和低电压穿越能力,系统动态响应速度快.     

考虑风电消纳的电-热综合能源系统优化运行

针对北方供暖期的弃风问题,在传统电-热联合系统的基础上,建立了横向电-热互补、纵向"源-网-储"的电-热综合能源系统.系统充分考虑了供热网的热动态特性和储电、储热两种形式的储能装置,在满足电、热需求的情况下,建立以最小运行成本为目标的优化运行模型.模型在Matlab中调用YALMIP工具箱和CPLEX求解器进行求解.通过算例仿真,分析了供热网的热动态特性和储能装置对系统运行成本和弃风量的影响.并讨论了不同储能配置下,储能投资成本对系统的影响,验证了模型的合理性.     

锂电池储能在风力发电系统中的应用

将锂电池储能系统应用到风力发电中,并针对锂电池储能系统的运行特性,提出了一种可行的综合控制策略。仿真结果表明,锂电池储能系统在电网正常运行时能够快速、有效地平滑风电系统输出的有功功率波动;在电网故障时能够为电网提供一定的无功支持;在脱离电网运行时能够稳定系统的电压和频率,有效地提高了风电系统的运行性能。     

全钒液流电池储能系统的仿真研究

储能具有调峰幅度大、响应速度快等优点,对未来电网发展具有深远的影响。近年来,储能技术迅猛发展,为充分发挥全钒液流电池储能系统相较于传统电池储能技术的优势,对全钒液流电池储能系统进行了仿真研究。首先,根据全钒液流电池的基本结构分析了其原理及特性,搭建了全钒液流电池的电气模型。然后,对储能逆变器连接储能电池和电网的两种控制策略,定功率(PQ)控制策略和定电压频率(VF)控制策略分别进行了建模和仿真验证。最后,以北海热电厂为实际应用场景,将所搭建的储能电站模型应用于黑启动方案中。启动储能逆变器后,北海热电厂的厂用母线电压可以稳定维持在0.96 p.u,表明了利用储能电站进行黑启动的可行性,验证了储能电站模型的有效性。     

含超级电容储能的直驱永磁风电机组高电压穿越控制策略

为提高直驱永磁风电机组的高电压穿越(HVRT)能力,在分析电网电压骤升对直驱风机影响的基础上,提出了一种含超级电容储能的HVRT控制策略。在高电压故障期间,一方面利用超级电容储能吸收直流侧不平衡能量,稳定直流侧电压;另一方面优化网侧变流器控制策略,使之优先输出感性无功功率对故障电网进行无功支撑。在Matlab/Simulink环境中搭建系统仿真模型,对电网电压骤升下传统直驱机组控制策略的动态响应及所提的控制策略进行仿真分析。结果表明,含超级电容储能的HVRT控制策略可以有效提高直驱机组的高电压穿越能力。     

一种计及总损耗功率估计与转速前馈补偿的飞轮储能系统放电控制策略

针对飞轮储能系统放电过程中飞轮转速迅速下降、直流侧功率突然变化等因素影响母线电压动态性能和稳定性的问题,该文在传统飞轮PI放电控制策略基础上,提出一种计及总损耗功率估计与转速前馈补偿的飞轮储能系统放电控制策略。采用电容储能比例反馈控制,利用非线性扰动观测器对电机与变流器损耗功率、负载功率等总损耗功率进行统一观测,并引入转速补偿环节对系统进行直接前馈补偿控制;根据闭环控制系统的主导极点图和伯德图,分析系统的稳定性与抗扰动性能,并给出一种控制器参数的选择方法。该控制策略调节参数少、无需负载侧的电流传感器、控制结构简单。仿真和实验结果表明,所提放电控制策略和参数选择方法能够有效抑制飞轮转速迅速下降和直流侧负载突变对母线电压的影响,系统鲁棒性得到提高。