一種基于機(jī)電暫態(tài)仿真分析的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)建模方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于機(jī)電暫態(tài)仿真分析的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)建模方法，針對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)工作在電機(jī)態(tài)或發(fā)電態(tài)模式下，對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的蓄能子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)進(jìn)行建模；蓄能子系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型和空氣壓縮機(jī)模型，所述發(fā)電子系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型和燃?xì)馔钙綑C(jī)模型。本發(fā)明突破了現(xiàn)有電力系統(tǒng)仿真分析中無(wú)法考慮壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的限制，可模擬空氣壓縮機(jī)利用電網(wǎng)富余電能壓縮空氣做功以及高壓氣體膨脹做功向電網(wǎng)發(fā)電兩種不同工況，并可反映電力系統(tǒng)突發(fā)故障以及壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)突變情況下的系統(tǒng)響應(yīng)，建模方法通用性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、計(jì)算精度高，為研究壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的特性提供了基礎(chǔ)性平臺(tái)，有利于工程實(shí)際應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】—種基于機(jī)電暫態(tài)仿真分析的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建模方法，具體涉及一種基于機(jī)電暫態(tài)仿真分析的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(Compressed-Air Energy Storage, CAES)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)大容量和長(zhǎng)時(shí)間電能存儲(chǔ)的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)。它利用電網(wǎng)的富余電力驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)工作，通過(guò)壓縮空氣儲(chǔ)存多余的能量，在電網(wǎng)需要電力時(shí)，再將高壓空氣釋放通過(guò)膨脹機(jī)透平做功發(fā)電。自從1949年Stal Laval提出利用地下洞穴實(shí)現(xiàn)壓縮空氣儲(chǔ)能以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量的研究和實(shí)踐工作，并已有兩座大型電站分別在德國(guó)和美國(guó)投入商業(yè)運(yùn)行。我國(guó)對(duì)CAES的研究起步較晚，但隨著電力儲(chǔ)能需求的快速增長(zhǎng)，相關(guān)研究逐漸被一些大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)所重視，但目前該類研究大多集中在理論和小型實(shí)驗(yàn)層面，還沒(méi)有投入商業(yè)運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)能電站。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于CAES的仿真建模研究具備了一定的基礎(chǔ)，但這些建模更多考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)械、氣流等介質(zhì)的穩(wěn)態(tài)或動(dòng)態(tài)過(guò)程，關(guān)注于其熱力學(xué)上的特性，而CAES應(yīng)用于電力系統(tǒng)分析中的仿真建模研究開(kāi)展得還不夠深入，相關(guān)模型在各電力系統(tǒng)分析工具中也未見(jiàn)應(yīng)用。當(dāng)CAES并網(wǎng)運(yùn)行之后，其與電力系統(tǒng)之間的相互影響，需要通過(guò)建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真分析。因此，尋求用于電力系統(tǒng)仿真分析的CAES建模方法，是壓縮空氣儲(chǔ)能研究的一個(gè)重要方向。
[0004]CAES是在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在礦井、山洞、儲(chǔ)氣罐、儲(chǔ)氣井等中，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的儲(chǔ)能方式。CAES是一種可以調(diào)峰填谷，快速響應(yīng)負(fù)荷變化，具有較好調(diào)荷、調(diào)頻能力，亦可作為事故備用的電力儲(chǔ)能方式。針對(duì)CAES用于電力系統(tǒng)的工程實(shí)際，需要仿真CAES與電力系統(tǒng)之間相互影響、分析系統(tǒng)安全穩(wěn)定特性的問(wèn)題，提出用于電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真分析的CAES建模方法，實(shí)施簡(jiǎn)單，易于工程實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明一種基于機(jī)電暫態(tài)仿真分析的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)建模方法，突破了現(xiàn)有電力系統(tǒng)仿真分析中無(wú)法考慮壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的限制，可模擬空氣壓縮機(jī)利用電網(wǎng)富余電能壓縮空氣做功以及高壓氣體膨脹做功向電網(wǎng)發(fā)電兩種不同工況，并可反映電力系統(tǒng)突發(fā)故障以及壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)突變情況下的系統(tǒng)響應(yīng)，建模方法通用性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、計(jì)算精度高，為研究壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的特性提供了基礎(chǔ)性平臺(tái)，有利于工程實(shí)際應(yīng)用。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供一種基于機(jī)電暫態(tài)仿真分析的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)建模方法，針對(duì)所述壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)工作在電機(jī)態(tài)或發(fā)電態(tài)模式下，對(duì)所述壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的蓄能子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)進(jìn)行建模；所述蓄能子系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型和空氣壓縮機(jī)模型，所述發(fā)電子系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型和燃?xì)馔钙綑C(jī)模型；所述方法包括以下步驟:
[0008]步驟1:建立電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型；
[0009]步驟2:建立空氣壓縮機(jī)模型；
[0010]步驟3:建立燃?xì)馔钙綑C(jī)模型。
[0011]所述步驟I中，設(shè)滑差為S，根據(jù)s的正負(fù)決定壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作模式，有s為正值時(shí)，電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行;s為負(fù)值時(shí)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行；
[0012]電動(dòng)機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型或發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于機(jī)電暫態(tài)仿真分析的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)建模方法，其特征在于:針對(duì)所述壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)工作在電機(jī)態(tài)或發(fā)電態(tài)模式下，對(duì)所述壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的蓄能子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)進(jìn)行建模；所述蓄能子系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型和空氣壓縮機(jī)模型，所述發(fā)電子系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型和燃?xì)馔钙綑C(jī)模型；所述方法包括以下步驟: 步驟1:建立電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型； 步驟2:建立空氣壓縮機(jī)模型； 步驟3:建立燃?xì)馔钙綑C(jī)模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)電暫態(tài)仿真分析的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)建模方法，其特征在于:所述步驟I中，設(shè)滑差為S，根據(jù)s的正負(fù)決定壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作模式，有s為正值時(shí)，電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；s為負(fù)值時(shí)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行； 電動(dòng)機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型或發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型如下:

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)電暫態(tài)仿真分析的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)建模方法，其特征在于:所述步驟2中，空氣壓縮機(jī)輸出的機(jī)械軸功率用Pm'表示，其表達(dá)式為:
P: = 16.745PlQk/(k-l) [(P2/Pl) (k^1)/k-l]/ η (9) 其中，P1S空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力，取大氣壓；ρ2為空氣壓縮機(jī)排氣壓力；k為空氣比熱t(yī)匕，取1.4 ; η為空氣壓縮機(jī)效率；Q為空氣壓縮機(jī)排氣量，其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比，表示為:
Q = Ii1 (l-s)w (10) 其中，w為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，Ii1為空氣壓縮機(jī)排氣量對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的比例系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)電暫態(tài)仿真分析的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)建模方法，其特征在于:所述燃?xì)馔钙綑C(jī)輸出的機(jī)械軸功率用Pm"表不，其表達(dá)式為:
P/7 = 1.3 (fff-0.23) + (l-w)/2 (11) 其中，Wf為燃料流量。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103699755SQ201410005091
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】夏天, 何蕾, 田芳, 安寧, 金逸, 費(fèi)益軍 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院, 江蘇省電力公司