一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構，包括儲能設備的電能依次通過電機側變流器、DC/DC變換器、并網逆變器接入到交流電網中，其特征在于：所述的并網結構設有電機側外環控制器實時采集電機和電機側變流器的狀態信息后依次通過電機側內環控制器和電機側PWM發生器對電機側變流器的電機轉速、直流側電壓、機端電壓進行控制；由于采用上述的結構，本實用新型確保壓縮空氣儲能系統在儲能時負荷特性穩定，轉換效率高，并且電網處于負荷低谷時，實現電能的大規模儲存。
【專利說明】
一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構
技術領域
[0001]本實用新型涉及壓縮空氣儲能技術領域，特別涉及一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構。
【背景技術】
[0002]壓縮空氣儲能(Compressed air energy storage，CAES)采用高壓空氣的形式進行電力存儲。儲能過程中，電力驅動壓縮機(或直接由機械能驅動)壓縮空氣并儲存于儲氣室中；釋能過程則釋放高壓空氣膨脹做功，帶動發電機對外輸出電力。
[0003]與其他儲能技術相比，壓縮空氣儲能系統具有投資少、運行維護費用低、動態響應快、運行方式靈活、經濟性能高、環境污染小、占地面積小的特點，逐漸受到各國的重視。德國、美國、日本、意大利等發達國家均有壓縮空氣儲能電站正在建設過程中。我國大力發展壓縮空氣儲能技術在經濟，社會和國家安全方面具有重要的戰略意義，其可促進我國智能電網相關產業和重大裝備制造技術的快速發展。
[0004]但是目前在壓縮空氣儲能基礎理論和實驗系統研究上的匱乏和不足，同時現行的壓縮空氣儲能系統研究仍未能突破并網等關鍵技術，嚴重限制壓縮空氣儲能系統的進一步發展。
[0005]針對上問題，提供一種新型的并網結構，確保壓縮空氣儲能系統在儲能時負荷特性穩定，轉換效率高，并且電網處于負荷低谷時，實現電能的大規模儲存。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構，確保壓縮空氣儲能系統在儲能時負荷特性穩定，轉換效率高，并且電網處于負荷低谷時，實現電能的大規模儲存。
[0007]為達到上述目的，本實用新型的技術方案是，一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構，包括儲能設備的電能依次通過電機側變流器、DC/DC變換器、并網逆變器接入到交流電網中，其特征在于:所述的并網結構設有電機側外環控制器實時采集電機和電機側變流器的狀態信息后依次通過電機側內環控制器和電機側PWM發生器對電機側變流器的電機轉速、直流側電壓、機端電壓進行控制;所述的并網結構設有電壓功率計算單元實時采集交流電網的電壓和功率并輸送到并網外環控制器產生參考信號到并網內環控制器，并網內環控制器通過并網PWM發生器對并網逆變器進行電流調節;所述的并網結構設有外環控制器采集儲能設備的電壓信號后參數參考信號送入內環控制器，內環控制器通過PWM發生器對DC/DC變換器進行電流調節。
[0008]所述的電機側內環控制器輸出參考信號至電機側外環控制器。
[0009]所述的并網內環控制器采集交流電網的電流信息。
[0010]所述的內環控制器實時采集儲能設備的電流信息。
[0011]—種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構，由于采用上述的結構，本實用新型確保壓縮空氣儲能系統在儲能時負荷特性穩定，轉換效率高，并且電網處于負荷低谷時，實現電能的大規模儲存。
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明；
[0013]圖1為本實用新型一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構的連接示意圖；
[0014]圖2為本實用新型一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構中電機側變流器的連接示意圖；
[0015]圖3為本實用新型一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構中并網逆變器的連接示意圖；
[0016]圖4為本實用新型一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構中DC/DC變換器的連接示意圖；
[0017]在圖1-4中，1、電機側變流器;2、DC/DC變換器;3、并網逆變器;4、儲能設備;5、交流電網；6、電機側外環控制器;7、電機側內環控制器;8、電機側PWM發生器;9、并網外環控制器；10、并網內環控制器；11、并網P麗發生器；12、外環控制器；13、內環控制器；14、P麗發生器;15、電壓功率計算單元。
【具體實施方式】
[0018]交流型壓縮空氣儲能系統主要包括壓縮空氣儲能系統與飛輪儲能系統。這兩種儲能系統均需要與電機耦合，在電力系統應用中多采用交流電機，因此，將這兩種儲能系統歸為交流型儲能系統。交流型的分布式儲能系統的結構具有相似之處，均是通過交流電機吸收或發出功率;系統中一般采用高轉速的永磁同步電機、感應電機等，需要將高頻的交流電整流和逆變后，變為工頻的交流電并網。
[0019]由于交流型儲能系統一般與高速的電機耦合，故需要通過電力電子裝置經整流及逆變后并網，典型并網結構由電機側變流器和并網逆變器組成，同時在電機側變流器和并網逆變器加入了一個DC/DC變換器，主要作用是對電機側變流器直流出口電壓進行升壓。
[0020]具體如圖1-4所示，本實用新型包括儲能設備4的電能依次通過電機側變流器1、DC/DC變換器2、并網逆變器3接入到交流電網5中，其特征在于:所述的并網結構設有電機側外環控制器6實時采集電機和電機側變流器I的狀態信息后依次通過電機側內環控制器7和電機側PWM發生器8對電機側變流器I的電機轉速、直流側電壓、機端電壓進行控制;所述的并網結構設有電壓功率計算單元15實時采集交流電網5的電壓和功率并輸送到并網外環控制器9產生參考信號到并網內環控制器10，并網內環控制器10通過并網PffM發生器11對并網逆變器3進行電流調節;所述的并網結構設有外環控制器12采集儲能設備4的電壓信號后參數參考信號送入內環控制器13，內環控制器13通過P麗發生器14對DC/DC變換器2進行電流調節。
[0021]電機側內環控制器7輸出參考信號至電機側外環控制器6。并網內環控制器10采集交流電網5的電流信息。內環控制器13實時采集儲能設備4的電流信息。
[0022]電機側變流器I的控制系統主要對電機進行控制，在壓縮空氣儲能系統中多采用永磁同步電機，且只需考慮放電時的控制。總體來看，無論交流型儲能系統中采用的電機是何類型，處于何種工作模式，其電機側變流器I均可采用雙環控制結構。根據不同的控制目標，電機側外環控制器6可對電機轉速、直流側電壓、機端電壓等電氣量進行控制，并得到電機側內環控制器7的參考信號；內環一般采用PI控制器控制電機電流，并產生變流器的調制信號。
[0023]并網逆變器3具有多種類型，按照直流側電源的性質，可以分為電壓型逆變器和電流型逆變器;按照輸出電壓的相數，可以分為單相逆變器、三相逆變器和多相逆變器;另外，還可按其輸出電壓電平數、電壓波形類型、頻率、是否有隔離等進行分類。并網逆變器3的控制結構采用雙環控制結構，其中并網外環控制器9主要用于體現不同控制目的，產生內環的電流參考信號，動態響應較慢;并網內環控制器10主要進行精細、快速的電流調節，動態響應較快。
[0024]儲能系統應用場景不同時，其并網逆變器3需采取不同的控制策略，控制策略的不同主要體現在逆變器的外環控制。常見的儲能并網逆變器的外環控制方法有:恒功率控制(PQ控制)、恒壓恒頻控制(V/f控制)、下垂控制(Droop控制)。恒功率控制的主要功能是使逆變器輸出的有功和無功功率跟隨功率參考值，其實質是將有功功率和無功功率解耦后分別進行控制。恒壓恒頻控制的功能是通過調整逆變器輸出的功率，使逆變器出口處的交流電壓幅值和頻率維持不變，一般用于微電網獨立運行的情況。下垂控制是模擬發電機組“功頻靜特性”的一種控制方法，利用了注入交流電網的有功功率、無功功率分別和電壓相角、幅值成線性關系的原理，下垂控制有兩種基本的方法:通過調節電壓頻率和幅值控制輸出的功率;通過調節輸出的功率控制電壓頻率和幅值。
[0025]相比逆變器，DC/DC變換器2控制中涉及的均為直流量，不涉及坐標變換，相對較為簡單。DC/DC變換器2的控制也多采用雙環結構，外環控制器12根據不用的控制目的產生內環的參考信號，內環控制器13進行快速的電流調節。
[0026]本實用新型以其具有的良好電源特性和負荷特性，為實現“源-網-荷”全過程柔性互動提供了利器。作為負荷儲能時，壓縮空氣進行儲能時負荷特性穩定，轉換效率高，尤其在風電、光電出力大而電網處于負荷低谷時，對電能進行大規模儲存，在促進新能源發電的發展、避免棄風、棄光等資源浪費具有積極意義;而在風電、光電無出力而電網處于負荷高峰時，快速響應為電網彌補功率缺口，提供持續穩定電能，確保電網安全穩定運行。
[0027]上面結合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型技術方案進行的各種改進，或未經改進直接應用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構，包括儲能設備(4)的電能依次通過電機側變流器(1)、DC/DC變換器(2)、并網逆變器(3)接入到交流電網(5)中，其特征在于:所述的并網結構設有電機側外環控制器(6)實時采集電機和電機側變流器(I)的狀態信息后依次通過電機側內環控制器(7)和電機側PffM發生器(8)對電機側變流器(I)的電機轉速、直流側電壓、機端電壓進行控制;所述的并網結構設有電壓功率計算單元(15)實時采集交流電網(5)的電壓和功率并輸送到并網外環控制器(9)產生參考信號到并網內環控制器(10)，并網內環控制器(10)通過并網PffM發生器(11)對并網逆變器(3)進行電流調節;所述的并網結構設有外環控制器(12)采集儲能設備(4)的電壓信號后參數參考信號送入內環控制器(13)，內環控制器(13)通過PffM發生器(14)對DC/DC變換器(2)進行電流調節。2.根據權利要求1所述的一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構，其特征在于:所述的電機側內環控制器(7)輸出參考信號至電機側外環控制器(6)。3.根據權利要求1所述的一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構，其特征在于:所述的并網內環控制器(10)采集交流電網(5)的電流信息。4.根據權利要求1所述的一種用于壓縮空氣儲能系統的并網結構，其特征在于:所述的內環控制器(13)實時采集儲能設備(4)的電流信息。
【文檔編號】H02J3/28GK205595802SQ201620447108
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月17日
【發明人】林其友, 劉亞南, 侯勁松, 陳來軍, 舒曉欣, 薛小代, 黃少偉
【申請人】國網安徽省電力公司蕪湖供電公司, 國家電網公司