[發明專利]絕熱壓縮空氣儲能發電系統及其發電-調相切換控制方法

在審

• 申請號: 202310028203.0
• 申請日: 2023-01-09
• 公開（公告）號: CN116131471A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 謝寧寧;梅生偉;孫長平;雷肖;薛小代;盧強;王亞洲;鐘聲遠;丁若晨;鄭志美
• 申請（專利權）人: 中國長江三峽集團有限公司;清華大學
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00;H02J3/18;H02J3/28;H02J3/50;H02M7/219;H02P9/30;F01K7/22;F01K25/08;F01D15/10;F01K3/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張雄

本發明提供一種絕熱壓縮空氣儲能發電系統及其發電?調相切換控制方法。絕熱壓縮空氣儲能發電系統包括儲能系統和控制裝置：儲能系統包括儲氣模塊、第一儲熱裝置、第二儲熱裝置和發電模塊，發電模塊包括發電機和至少一級空氣做功單元，每級空氣做功單元包括依次連接的換熱裝置和空氣做功裝置，當包括多級空氣做功單元時，所有的空氣做功單元依次連接，最后一級空氣做功單元的空氣做功裝置與發電機連接；第一儲熱裝置和第二儲熱裝置與每級空氣做功單元的換熱裝置連接；發電機上集成設有全控勵磁裝置。采用全控勵磁裝置，提供了無功調節的第二通道，提高了發電機的電壓支撐及靈活調相能力和儲能電站的資產利用效率。

技術領域

本發明涉及絕熱壓縮空氣儲能技術領域，尤其涉及一種絕熱壓縮空氣儲能發電系統及其發電-調相切換控制方法。

背景技術

隨著大規模新能源集中接入和直流跨區輸送容量的持續增加，電網“強直弱交”特性凸顯，安全運行面臨新的挑戰。具體表現為：受端電網常規機組被大量替代，直流落點近區電壓控制難度增大；送端電網新能源集群規模與交流系統強度不匹配時，易引發暫態過電壓問題。相比于靜止無功發生器(Static?Var?Generator，SVG)等電力電子裝置，調相機具備瞬態電壓支撐能力強、暫態響應速度快、提供短路容量和旋轉慣量等優點，更適合作為新型電力系統的穩定器。然而，高昂的設備投資是制約調相機推廣應用的關鍵因素。

現有技術中，絕熱壓縮空氣儲能(adiabatic?compressed?air?energy?storage，AA-CAES)與電池、超級電容等基于電力電子技術的儲能技術相比，AA-CAES在非發電時段作調相機運行，不僅能夠提升交流電網強度和抗擾動能力，而且能夠提高儲能電站的利用效率。

然而，絕熱壓縮空氣儲能技術尚處于工程示范階段，沒有成熟完備的理論技術體系可供借鑒。作為調峰機組，AA-CAES的閑置時間較長、資產利用效率低，“日啟停”的工作方式也對設備的制造工藝提出較為嚴苛的要求。在非發電時段斷開空氣透平和發電機間的液力耦合器/連軸器，令發電機作調相機運行可以挖掘儲能系統的電壓支撐潛力，但空氣透平的頻繁啟停仍不可避免且該方法并不適用于空氣透平發電機組為一體化設計的場合。

有相關技術論證了一體化空氣透平發電機組調相運行的可行性，并探討了引入調相模式在電網電壓穩定及延長空氣透平發電機組壽命方面的裨益，但并未涉及對空氣透平的控制。勵磁系統的性能對發電機的穩定運行至關重要，傳統基于可控硅相控整流器(silicon?controlled?rectifier,SCR)的自并勵勵磁系統在可靠性、響應速度等方面性能優越，但在大擾動下的動態電壓支撐能力及靈活調相方面與實際工程的需求間尚有較大差距。

發明內容

本發明提供一種絕熱壓縮空氣儲能發電系統及其發電-調相切換控制方法，相比傳統“日啟?！钡墓ぷ鞣绞剑ㄟ^引入調相模式拓展了絕熱壓縮空氣儲能發電系統電壓支撐的功能，從而提高了儲能電站的資產利用效率；由于采用全控勵磁裝置，提供了無功調節的第二通道，從而提高了發電機的電壓支撐及靈活調相能力。此外，發電-調相模式切換控制方法可以保證儲能發電系統在多模式下靈活運行。

本發明提供一種絕熱壓縮空氣儲能發電系統，包括儲能系統和控制裝置：

所述儲能系統包括儲氣模塊、第一儲熱裝置、第二儲熱裝置和發電模塊，所述發電模塊包括發電機和至少一級空氣做功單元，每級所述空氣做功單元包括依次連接的換熱裝置和空氣做功裝置，當包括多級所述空氣做功單元時，所有的所述空氣做功單元依次連接，最后一級所述空氣做功單元的所述空氣做功裝置與所述發電機連接；所述第一儲熱裝置和所述第二儲熱裝置與每級所述空氣做功單元的換熱裝置連接，所述儲氣模塊與第一級所述空氣做功單元的換熱裝置連接，所述第一儲熱裝置和所述第二儲熱裝置連接；

所述發電機上集成設有全控勵磁裝置，所述控制裝置用于發出對所述全控勵磁裝置、空氣流量和儲熱介質流量的控制信號，所述全控勵磁裝置用于根據所述控制裝置發出的控制信號調節勵磁系統。