一种用于压缩空气储能系统的并网结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于压缩空气储能系统的并网结构，包括储能设备的电能依次通过电机侧变流器、DC/DC变换器、并网逆变器接入到交流电网中，其特征在于：所述的并网结构设有电机侧外环控制器实时采集电机和电机侧变流器的状态信息后依次通过电机侧内环控制器和电机侧PWM发生器对电机侧变流器的电机转速、直流侧电压、机端电压进行控制；由于采用上述的结构，本实用新型确保压缩空气储能系统在储能时负荷特性稳定，转换效率高，并且电网处于负荷低谷时，实现电能的大规模储存。
【专利说明】
一种用于压缩空气储能系统的并网结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及压缩空气储能技术领域，特别涉及一种用于压缩空气储能系统的并网结构。
【背景技术】
[0002]压缩空气储能(Compressed air energy storage，CAES)采用高压空气的形式进行电力存储。储能过程中，电力驱动压缩机(或直接由机械能驱动)压缩空气并储存于储气室中；释能过程则释放高压空气膨胀做功，带动发电机对外输出电力。
[0003]与其他储能技术相比，压缩空气储能系统具有投资少、运行维护费用低、动态响应快、运行方式灵活、经济性能高、环境污染小、占地面积小的特点，逐渐受到各国的重视。德国、美国、日本、意大利等发达国家均有压缩空气储能电站正在建设过程中。我国大力发展压缩空气储能技术在经济，社会和国家安全方面具有重要的战略意义，其可促进我国智能电网相关产业和重大装备制造技术的快速发展。
[0004]但是目前在压缩空气储能基础理论和实验系统研究上的匮乏和不足，同时现行的压缩空气储能系统研究仍未能突破并网等关键技术，严重限制压缩空气储能系统的进一步发展。
[0005]针对上问题，提供一种新型的并网结构，确保压缩空气储能系统在储能时负荷特性稳定，转换效率高，并且电网处于负荷低谷时，实现电能的大规模储存。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种用于压缩空气储能系统的并网结构，确保压缩空气储能系统在储能时负荷特性稳定，转换效率高，并且电网处于负荷低谷时，实现电能的大规模储存。
[0007]为达到上述目的，本实用新型的技术方案是，一种用于压缩空气储能系统的并网结构，包括储能设备的电能依次通过电机侧变流器、DC/DC变换器、并网逆变器接入到交流电网中，其特征在于:所述的并网结构设有电机侧外环控制器实时采集电机和电机侧变流器的状态信息后依次通过电机侧内环控制器和电机侧PWM发生器对电机侧变流器的电机转速、直流侧电压、机端电压进行控制;所述的并网结构设有电压功率计算单元实时采集交流电网的电压和功率并输送到并网外环控制器产生参考信号到并网内环控制器，并网内环控制器通过并网PWM发生器对并网逆变器进行电流调节;所述的并网结构设有外环控制器采集储能设备的电压信号后参数参考信号送入内环控制器，内环控制器通过PWM发生器对DC/DC变换器进行电流调节。
[0008]所述的电机侧内环控制器输出参考信号至电机侧外环控制器。
[0009]所述的并网内环控制器采集交流电网的电流信息。
[0010]所述的内环控制器实时采集储能设备的电流信息。
[0011]—种用于压缩空气储能系统的并网结构，由于采用上述的结构，本实用新型确保压缩空气储能系统在储能时负荷特性稳定，转换效率高，并且电网处于负荷低谷时，实现电能的大规模储存。
【附图说明】
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明；
[0013]图1为本实用新型一种用于压缩空气储能系统的并网结构的连接示意图；
[0014]图2为本实用新型一种用于压缩空气储能系统的并网结构中电机侧变流器的连接示意图；
[0015]图3为本实用新型一种用于压缩空气储能系统的并网结构中并网逆变器的连接示意图；
[0016]图4为本实用新型一种用于压缩空气储能系统的并网结构中DC/DC变换器的连接示意图；
[0017]在图1-4中，1、电机侧变流器;2、DC/DC变换器;3、并网逆变器;4、储能设备;5、交流电网；6、电机侧外环控制器;7、电机侧内环控制器;8、电机侧PWM发生器;9、并网外环控制器；10、并网内环控制器；11、并网P丽发生器；12、外环控制器；13、内环控制器；14、P丽发生器;15、电压功率计算单元。
【具体实施方式】
[0018]交流型压缩空气储能系统主要包括压缩空气储能系统与飞轮储能系统。这两种储能系统均需要与电机耦合，在电力系统应用中多采用交流电机，因此，将这两种储能系统归为交流型储能系统。交流型的分布式储能系统的结构具有相似之处，均是通过交流电机吸收或发出功率;系统中一般采用高转速的永磁同步电机、感应电机等，需要将高频的交流电整流和逆变后，变为工频的交流电并网。
[0019]由于交流型储能系统一般与高速的电机耦合，故需要通过电力电子装置经整流及逆变后并网，典型并网结构由电机侧变流器和并网逆变器组成，同时在电机侧变流器和并网逆变器加入了一个DC/DC变换器，主要作用是对电机侧变流器直流出口电压进行升压。
[0020]具体如图1-4所示，本实用新型包括储能设备4的电能依次通过电机侧变流器1、DC/DC变换器2、并网逆变器3接入到交流电网5中，其特征在于:所述的并网结构设有电机侧外环控制器6实时采集电机和电机侧变流器I的状态信息后依次通过电机侧内环控制器7和电机侧PWM发生器8对电机侧变流器I的电机转速、直流侧电压、机端电压进行控制;所述的并网结构设有电压功率计算单元15实时采集交流电网5的电压和功率并输送到并网外环控制器9产生参考信号到并网内环控制器10，并网内环控制器10通过并网PffM发生器11对并网逆变器3进行电流调节;所述的并网结构设有外环控制器12采集储能设备4的电压信号后参数参考信号送入内环控制器13，内环控制器13通过P丽发生器14对DC/DC变换器2进行电流调节。
[0021]电机侧内环控制器7输出参考信号至电机侧外环控制器6。并网内环控制器10采集交流电网5的电流信息。内环控制器13实时采集储能设备4的电流信息。
[0022]电机侧变流器I的控制系统主要对电机进行控制，在压缩空气储能系统中多采用永磁同步电机，且只需考虑放电时的控制。总体来看，无论交流型储能系统中采用的电机是何类型，处于何种工作模式，其电机侧变流器I均可采用双环控制结构。根据不同的控制目标，电机侧外环控制器6可对电机转速、直流侧电压、机端电压等电气量进行控制，并得到电机侧内环控制器7的参考信号；内环一般采用PI控制器控制电机电流，并产生变流器的调制信号。
[0023]并网逆变器3具有多种类型，按照直流侧电源的性质，可以分为电压型逆变器和电流型逆变器;按照输出电压的相数，可以分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器;另外，还可按其输出电压电平数、电压波形类型、频率、是否有隔离等进行分类。并网逆变器3的控制结构采用双环控制结构，其中并网外环控制器9主要用于体现不同控制目的，产生内环的电流参考信号，动态响应较慢;并网内环控制器10主要进行精细、快速的电流调节，动态响应较快。
[0024]储能系统应用场景不同时，其并网逆变器3需采取不同的控制策略，控制策略的不同主要体现在逆变器的外环控制。常见的储能并网逆变器的外环控制方法有:恒功率控制(PQ控制)、恒压恒频控制(V/f控制)、下垂控制(Droop控制)。恒功率控制的主要功能是使逆变器输出的有功和无功功率跟随功率参考值，其实质是将有功功率和无功功率解耦后分别进行控制。恒压恒频控制的功能是通过调整逆变器输出的功率，使逆变器出口处的交流电压幅值和频率维持不变，一般用于微电网独立运行的情况。下垂控制是模拟发电机组“功频静特性”的一种控制方法，利用了注入交流电网的有功功率、无功功率分别和电压相角、幅值成线性关系的原理，下垂控制有两种基本的方法:通过调节电压频率和幅值控制输出的功率;通过调节输出的功率控制电压频率和幅值。
[0025]相比逆变器，DC/DC变换器2控制中涉及的均为直流量，不涉及坐标变换，相对较为简单。DC/DC变换器2的控制也多采用双环结构，外环控制器12根据不用的控制目的产生内环的参考信号，内环控制器13进行快速的电流调节。
[0026]本实用新型以其具有的良好电源特性和负荷特性，为实现“源-网-荷”全过程柔性互动提供了利器。作为负荷储能时，压缩空气进行储能时负荷特性稳定，转换效率高，尤其在风电、光电出力大而电网处于负荷低谷时，对电能进行大规模储存，在促进新能源发电的发展、避免弃风、弃光等资源浪费具有积极意义;而在风电、光电无出力而电网处于负荷高峰时，快速响应为电网弥补功率缺口，提供持续稳定电能，确保电网安全稳定运行。
[0027]上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于压缩空气储能系统的并网结构，包括储能设备(4)的电能依次通过电机侧变流器(1)、DC/DC变换器(2)、并网逆变器(3)接入到交流电网(5)中，其特征在于:所述的并网结构设有电机侧外环控制器(6)实时采集电机和电机侧变流器(I)的状态信息后依次通过电机侧内环控制器(7)和电机侧PffM发生器(8)对电机侧变流器(I)的电机转速、直流侧电压、机端电压进行控制;所述的并网结构设有电压功率计算单元(15)实时采集交流电网(5)的电压和功率并输送到并网外环控制器(9)产生参考信号到并网内环控制器(10)，并网内环控制器(10)通过并网PffM发生器(11)对并网逆变器(3)进行电流调节;所述的并网结构设有外环控制器(12)采集储能设备(4)的电压信号后参数参考信号送入内环控制器(13)，内环控制器(13)通过PffM发生器(14)对DC/DC变换器(2)进行电流调节。2.根据权利要求1所述的一种用于压缩空气储能系统的并网结构，其特征在于:所述的电机侧内环控制器(7)输出参考信号至电机侧外环控制器(6)。3.根据权利要求1所述的一种用于压缩空气储能系统的并网结构，其特征在于:所述的并网内环控制器(10)采集交流电网(5)的电流信息。4.根据权利要求1所述的一种用于压缩空气储能系统的并网结构，其特征在于:所述的内环控制器(13)实时采集储能设备(4)的电流信息。
【文档编号】H02J3/28GK205595802SQ201620447108
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】林其友, 刘亚南, 侯劲松, 陈来军, 舒晓欣, 薛小代, 黄少伟
【申请人】国网安徽省电力公司芜湖供电公司, 国家电网公司