CN108915932A - 一种分级接力压缩空气储能系统及其运行控制策略 - Google Patents

一种分级接力压缩空气储能系统及其运行控制策略 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于大容量电力储能技术领域的一种分级接力压缩空气储能系统及其运行控制策略，装置部分包括至少两个上下两端分别通过水感器和液体驱动装置相连的压力容器，每两个相邻的压力容器设有一个可逆式液压发电系统，最高耐压等级的压力容器顺序通过水感器与储气系统相连，最低耐压等级的压力容器通过水感器与气体注入系统相连；所有的可逆式液压发电系统、压力计和水感器都与不间断工作系统相连。本发明实现了分级接力压缩空气储能系统在压缩、膨胀过程中的不间断接力运行，在气体压缩或膨胀的同时进行气体等压迁移，减少了运行等待时间，提高了工作效率，功率的稳定性也得到了加强，同时降低了设备的制造成本。

Description

一种分级接力压缩空气储能系统及其运行控制策略
技术领域
本发明属于大容量电力储能技术领域，具体涉及一种分级接力压缩空气储能系统及其运行控制策略。
背景技术
随着新能源的大规模接入电网，储能技术因其能够提供足够的调峰能力，被广泛地用于解决新能源的间歇性与波动性问题。其中，压缩空气储能技术应用较为广泛且具有很大的发展前景。
现已有将水轮机应用于压缩空气储能的技术，实现了利用水轮机与压缩空气储能技术联合发电与储能，这一过程采用液体活塞，以水为介质对空气进行压缩，解决了空气压缩时压强剧烈变化带来的调节问题、效率问题、容器的寿命等问题。但这些液体活塞耐压强度均按照压缩气体的最高气体压强设计，当液体活塞容量较大时将增加其建造成本，当处理的气体体积相对较小或只需要将气体压缩到较小的压强时将造成液体活塞容量和耐压性能的冗余，增加了运行成本。利用分级压缩空气储能系统可以解决这些问题，但由于气体的压缩和膨胀与气体等压迁移是分开进行的，出现设备间断运行，致使其功率不稳定，运行等待时间长，工作效率低。
因此继续一种系统减少分级压缩空气储能系统的运行等待时间，提高工作效率，提高功率稳定性，降低设备制造成本。
发明内容
针对背景技术中提到的问题，本发明提出了一种分级接力压缩空气储能系统，其特征在于，包括：至少两个压力容器、液体驱动装置、可逆式液压发电系统、储气系统、气体注入系统和不间断工作系统；其中相邻两个压力容器的顶端通过上方的气体管道相连，而相邻两个压力容器的底端通过下方的液体管道相连；气体管道的最高点处设有气体阀门和水感器，液体管道中设有液体驱动装置，各压力容器和储气系统中都装有单独的压力计；每两个相邻的压力容器设有一个可逆式液压发电系统，且该可逆式液压发电系统与其中仅相邻压力容器中的一个压力容器相连；最高耐压等级的压力容器通过水感器、电磁阀与储气系统相连，最低耐压等级的压力容器通过水感器、气体阀门与气体注入系统相连；气体注入系统、储气系统、电磁阀、所有的可逆式液压发电系统、所有的液体驱动装置、压力计、气体阀门和水感器都与不间断工作系统相连；
气体注入系统是用于将气体输入压力容器中的装置；
储气系统是用于储存压力气体的容器。
所述不间断工作系统为电子系统包括：活塞区域单元、水泵控制单元和等压迁移单元；活塞区域单元与水泵控制单元和等压迁移单元相连，水泵控制单元与压力计和可逆式液压发电系统相连，等压迁移单元与水感器、电磁阀、液体驱动装置和气体阀门相连。
一种基于分级接力压缩空气储能系统的分级接力压缩空气储能运行控制策略，其特征在于，运行控制策略中压缩储能的方法包括以下步骤：
活塞区域单元在确认当前工作的压力容器之后，向水泵控制单元和等压迁移单元发送传感信号，这两个单元同时开始工作；
水泵控制单元在控制可逆式液压发电系统往所连接的压力容器中注水的同时，收集压力计中的信号，当满足压缩迁移定值时，停止可逆式液压发电系统；
等压迁移单元在进行等压迁移的同时收集水感器中的信号，待压缩终止条件满足后，停止等压迁移；
当两个单元都停止工作后，重新呼叫活塞区域单元以确认下一组工作的两个相邻的压力容器；
其中，当前工作的类型为：在压缩储能时确认当前工作的两个相邻的压力容器、进入气体注入环节或进入气体压缩环节；
压缩迁移定值为：两个相邻的压力容器中较高耐压等级压力容器的压缩限值；
压缩终止条件为：两个相邻的压力容器中较低耐压等级的压力容器中充满水；
压缩初始条件为：较高耐压等级的压力容器中注满水，较低耐压等级的压力容器中为气体和水；
等压迁移的过程为：气体由上方的气体管道输送至注满水的压力容器中的同时，几乎等量的水由下方的液体驱动装置输送至注有气体和水的压力容器中。
在所述活塞区域单元确认当前工作的两个相邻的压力容器之前，需先对工作类型进行判定，在活塞区域单元确认先判断是否有两个相邻的压力容器满足压缩初始条件，如果所有的压力容器与相邻的压力容器组合后，都不满足压缩初始条件，则判断最低耐压等级的压力容器中是否含有气体，如果没有则进行气体注入环节，如果有则进行气体压缩环节；如果任意两个相邻的压力容器满足压缩初始条件，则确认该两个相邻的压力容器为当前工作的压力容器；
气体压缩环节为：通过可逆式液压发电系统将水注入最高耐压等级的压力容器中，随后最高耐压等级的压力容器中的气体注入储气系统中直至水感器触发；
气体注入环节为：气体注入系统将气体注入最低耐压等级压力容器的同时，等量的水通过可逆式液压发电系统从最低耐压等级的压力容器中排出，同时可逆式液压发电系统进行发电；
在进行气体注入环节之前，如果活塞区域单元发现最低耐压等级的压力容器不与可逆式液压发电系统相连，则呼叫等压迁移单元将最低耐压等级压力容器与临近压力容器间的液体驱动装置打开并调至自由空置状态，随后进入气体注入环节直至最低耐压等级压力容器中的气体含量达到所需的体积；
在进行气体压缩环节之前，如果活塞区域单元发现最高耐压等级的压力容器不与可逆式液压发电系统相连，则呼叫等压迁移单元将最高耐压等级压力容器与临近压力容器间的气体阀门打开；当水感器触发且储气系统达到耐压限制后，完整的压缩储能结束。
所述活塞区域单元在任意气体注入环节不工作时主动激活气体注入环节，但激活前需先确认最高耐压等级的压力容器并未进行压缩储能。
一种基于分级接力压缩空气储能系统的分级接力压缩空气储能运行控制策略，其特征在于，运行控制策略中膨胀释能的方法包括以下步骤：
活塞区域单元在确认当前工作的压力容器之后，向水泵控制单元和等压迁移单元发送传感信号，这两个单元同时开始工作；
水泵控制单元在控制可逆式液压发电系统发电的同时，收集压力计中的信号，当满足膨胀迁移定值时，停止可逆式液压发电系统；
等压迁移单元在进行等压迁移的同时收集水感器中的信号，待膨胀终止条件满足后，停止等压迁移；
当两个单元都停止工作后，重新呼叫活塞区域单元以确认下一组工作的两个相邻的压力容器；
其中，当前工作的类型为：在膨胀释能时确认当前工作的两个相邻的压力容器、进入储气注入环节或进入气体释放环节；
膨胀迁移定值为：两个相邻的压力容器中较低耐压等级压力容器的压缩限值；
膨胀终止条件为：两个相邻的压力容器中较高耐压等级的压力容器中充满水；
膨胀初始条件为：较低耐压等级的压力容器中注满水，较高耐压等级的压力容器中为气体和水；
等压迁移的过程为：气体由上方的气体管道输送至注满水的压力容器中的同时，几乎等量的水由下方的液体驱动装置输送至注有气体和水的压力容器中。
在所述活塞区域单元确认当前工作的两个相邻的压力容器之前，需先对工作类型进行判定，在活塞区域单元确认先判断是否有两个相邻的压力容器满足膨胀初始条件，如果所有的压力容器与相邻的压力容器组合后，都不满足膨胀初始条件，则判断最高耐压等级的压力容器中是否含有气体，如果没有则进行储气注入环节，如果有则进行气体释放环节；如果任意两个相邻的压力容器满足膨胀初始条件，则确认该两个相邻的压力容器为当前工作的压力容器；
进行储气注入环节时，只要储气系统与高等级压力容器恒压状态，储气注入环节直接结束；
储气注入环节为：储气系统将气体注入最高耐压等级压力容器的同时，等量的水通过可逆式液压发电系统从最高耐压等级的压力容器中排出，同时可逆式液压发电系统进行发电；当储气系统中的气体不再处于压缩状态且所有压力容器中都只有水后，完整的膨胀释能结束；
气体释放环节为：通过可逆式液压发电系统将水注入最低耐压等级的压力容器中，随后最低耐压等级的压力容器中的气体排出直至水感器触发。
在进行储气注入环节之前，如果活塞区域单元发现最高耐压等级的压力容器不与可逆式液压发电系统相连，则呼叫等压迁移单元将最高耐压等级压力容器与临近压力容器间的液体驱动装置打开，直至最高耐压等级压力容器中的气体含量达到所需的体积；
在进行气体释放环节之前，如果活塞区域单元发现最低耐压等级的压力容器不与可逆式液压发电系统相连，则呼叫等压迁移单元将最低耐压等级压力容器与临近压力容器间的气体阀门打开。
所述活塞区域单元在任意气体注入环节不工作时主动激活气体注入环节，但激活前需先确认最低耐压等级的压力容器并未进行膨胀释能。
本发明的有益效果为：
本发明可以实现分级接力压缩空气储能系统在压缩、膨胀过程中的不间断接力运行，在气体压缩或膨胀的同时进行气体等压迁移，减少了运行等待时间，提高了工作效率，功率的稳定性也得到了加强。同时，本发明减少了可逆式液压发电系统的数量，每相邻两个接力压缩膨胀单元共用一个可逆式液压发电系统，大幅度降低了设备的制造成本。
附图说明
图1为本发明一种分级接力压缩空气储能系统及其运行控制策略实施例1的连接图；
图2为本发明实施例1中不间断工作系统的连接简图；
图3为本发明实施例中压缩储能的流程图；
图4为本发明实施例中膨胀释能的流程图；
图5为本发明实施例2中实施例的连接图；
图6为本发明实施例2中不间断工作系统的连接简图。
图中：1-水感器，2-气体阀门，3-电磁阀，4-压力计，5-不间断工作系统，51-活塞区域单元，52-水泵控制单元，53-等压迁移单元，S-储气系统，R-气体注入系统，A-第一压力容器，B-第二压力容器，C-第三压力容器，D-第四压力容器，E-第五压力容器，L1-第一液体驱动装置，L2-第二液体驱动装置，L3-第三液体驱动装置，L4-第四液体驱动装置，M1-第一可逆式液压发电系统，M2-第二可逆式液压发电系统。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
如图1和图2所示的本发明实施例1，由第一压力容器A、第二压力容器B、储气系统S、第一液体驱动装置L1、第一可逆式液压发电系统M1、气体注入系统R和不间断工作系统5组成，其中第一压力容器A比第二压力容器B的耐压等级更高，第一压力容器A和第二压力容器B的顶端通过上方的气体管道相连，而第一压力容器A和第二压力容器B的底端通过下方的液体管道相连；气体管道的最高点处设有气体阀门和水感器，液体管道中设有第一液体驱动装置L1，储气系统S、第一压力容器A和第二压力容器B中都装有各自的压力计4；第一压力容器A的下端与第一可逆式液压发电系统M1相连；最高耐压等级的压力容器的顶端顺序通过水感器1和电磁阀3与储气系统相连，最低耐压等级的第二压力容器B的顶端顺序通过水感器1和气体阀门2与气体注入系统R相连；第一可逆式液压发电系统M1、第一液体驱动装置L1、气体注入系统R、所有的气体阀门2、所有的压力计4和所有的水感器1都与不间断工作系统5相连。
气体注入系统R为将气体输入压力容器中的装置；
储气系统S为用于储存压力气体的容器；
不间断工作系统5为电子系统，包括：活塞区域单元51、水泵控制单元52和等压迁移单元53；其中，
活塞区域单元51用于划分当前工作的类型、划分当前工作的压力容器和判断压缩初始条件或膨胀初始条件；
水泵控制单元52与储气系统S、气体注入系统R、各压力计4和第一可逆式液压发电系统M1相连，水泵控制单元52用于控制第一可逆式液压发电系统M1的正反转，当压缩储能时注水，当膨胀释能时发电，当进入气体注入环节和进入储气注入环节时发电或处于空置，当进入气体压缩环节和进入气体释放环节时注水；水泵控制单元52还用于接收压力计4传回的信号，并录有压缩迁移定值或膨胀迁移定值；
等压迁移单元53与各水感器1、第一液体驱动装置L1和各气体阀门2相连，等压迁移单元53用于控制第一液体驱动装置L1的正反转和上方气体管道的同时通断(开关气体阀门2)；确保当满足压缩终止条件或膨胀终止条件时同时关闭第一液体驱动装置L1和上方的气体管道以终止等压迁移的过程；
如图3所示，使用本实施例进行压缩储能的方法时，顺序如下：
步骤101：首先录入第一压力容器A、第二压力容器B和储气系统S的各方面数值，记录以下条件：
第一压力容器A的压缩限值，第二压力容器B的压缩限值；
本实施例中第一压力容器A为最高耐压等级的压力容器，第二压力容器B为最低耐压等级的压力容器；
压缩初始条件为：第一压力容器A中注满水，第二压力容器B中为气体和水；
等压迁移的过程为：气体由上方的气体管道输送至注满水的压力容器中的同时，几乎等量的水由下方的第一液体驱动装置L1输送至注有气体和水的压力容器中；
当前可能进行工作的类型为：确认当前工作的两个相邻的压力容器、进入气体注入环节和进入气体压缩环节；
步骤102：进行压缩储能之前，活塞区域单元51将所有上方的气体阀门打开，随后通过第一可逆式液压发电系统M1注水将所有气体由气体注入系统R一侧挤出；挤出空气后第一压力容器A和第二压力容器B中都注满水；
步骤103：活塞区域单元51对当前的工作类型进行确认，此时的第一压力容器A和第二压力容器B中都充满了水，不符合压缩初始状态；而第二压力容器B中又注满水，于是进入气体注入环节，此时活塞区域单元51发现最低耐压等级的第二压力容器B不与第一可逆式液压发电系统M1相连，于是呼叫等压迁移单元53将最低耐压等级第二压力容器B与临近第一压力容器A间的第一液体驱动装置L1打开并调至自由空置状态，进行气体注入环节；
呼叫气体注入系统，气体注入系统将气体注入第二压力容器B的同时，等量的水通过第一可逆式液压发电系统M1从第一压力容器A中排出，同时第一可逆式液压发电系统M1进行发电；直至最低耐压等级第二压力容器B中的气体含量达到所需的体积；
步骤104：再次呼叫活塞区域单元51对当前的工作类型进行确认，判断第一压力容器A和第二压力容器B满足压缩初始条件，随后将第一压力容器A和第二压力容器B确认为当前工作的压力容器，且第一压力容器A为较高耐压等级的压力容器，第二压力容器B为较低耐压等级的压力容器；
步骤105：活塞区域单元51在确认当前工作的压力容器之后，活塞区域单元51确认以下两条信息：压缩迁移定值为：第二压力容器B的压缩限值；压缩终止条件为：第一压力容器A中充满水；活塞区域单元51同时向水泵控制单元52和等压迁移单元53发送传感信号，这两个单元同时开始工作；
水泵控制单元52在控制第一可逆式液压发电系统M1从所连接的压力容器中抽水的同时，收集压力计4中的信号，当满足压缩迁移定值时，停止可逆式液压发电系统；
等压迁移单元53在进行等压迁移的同时收集水感器中的信号，待压缩终止条件满足后，停止等压迁移；
步骤106：当两个单元都停止工作后，重新呼叫活塞区域单元51以确认下一组工作的两个相邻的压力容器；
步骤107：活塞区域单元51对当前的工作类型进行确认，此时的第一压力容器A中有压缩气体，而第二压力容器B中又注满水，第一压力容器A和第二压力容器B间的关系不符合压缩初始状态；而第一压力容器A中有压缩气体，于是进入气体压缩环节，
步骤108：通过第一可逆式液压发电系统M1将水注入第一压力容器A中，随后第一压力容器A中的气体逐渐注入储气系统S中直至水感器触发；
步骤109：再次呼叫活塞区域单元51并重复步骤102～108直至水感器触发且储气系统S达到耐压限制后，完整的压缩储能结束。
容易理解的是在进行步骤103和步骤108时，如果本实施例中第一可逆式液压发电系统M1与第二压力容器B而不是第一压力容器A相连，则在步骤103时直接进入气体注入环节，而在步骤108时先呼叫等压迁移单元53将最低耐压等级第二压力容器B与临近第一压力容器A间的第一液体驱动装置L1打开并调至自由空置状态，再进入气体压缩环节。
如图4所示，使用本实施例进行膨胀释能的方法时，顺序如下：
步骤201：首先录入第一压力容器A和第二压力容器B的各方面数值，记录以下条件：
第一压力容器A的压缩限值，第二压力容器B的压缩限值；
本实施例中第一压力容器A为最高耐压等级的压力容器，第二压力容器B为最低耐压等级的压力容器；
膨胀初始条件为：第二压力容器B中注满水，第一压力容器A中为气体和水；
等压迁移的过程为：气体由上方的气体管道输送至注满水的压力容器中的同时，几乎等量的水由下方的第一液体驱动装置L1输送至注有气体和水的压力容器中；
当前可能进行工作的类型为：确认当前工作的两个相邻的压力容器、进入储气注入环节和进入气体释放环节；
步骤202：进行膨胀释能之前，活塞区域单元51将所有上方的气体阀门打开，随后通过第一可逆式液压发电系统M1注水将所有气体由气体注入系统R一侧挤出；挤出空气后第一压力容器A和第二压力容器B中都注满水；
步骤203：活塞区域单元51对当前的工作类型进行确认，此时的第一压力容器A和第二压力容器B中都充满了水，不符合膨胀初始状态；而第一压力容器A中又注满水，于是进入储气注入环节；
打开电磁阀3，储气系统S将气体注入第一压力容器A的同时，等量的水通过第一可逆式液压发电系统M1从第一压力容器A中排出，同时第一可逆式液压发电系统M1进行发电；直至最低耐压等级第一压力容器A中的气体含量达到所需的体积；
步骤204：再次呼叫活塞区域单元51对当前的工作类型进行确认，判断第一压力容器A和第二压力容器B满足膨胀初始条件，随后将第一压力容器A和第二压力容器B确认为当前工作的压力容器，且第一压力容器A为较高耐压等级的压力容器，第二压力容器B为较低耐压等级的压力容器；
步骤205：活塞区域单元51在确认当前工作的压力容器之后，活塞区域单元51确认以下两条信息：膨胀迁移定值为：第一压力容器A的压缩限值；膨胀终止条件为：第二压力容器B中充满水；活塞区域单元51同时向水泵控制单元52和等压迁移单元53发送传感信号，这两个单元同时开始工作；
水泵控制单元52在控制可逆式液压发电系统M从所连接的压力容器中抽水的同时，收集压力计4中的信号，当满足膨胀迁移定值时，停止可逆式液压发电系统；
等压迁移单元53在进行等压迁移的同时收集水感器中的信号，待膨胀终止条件满足后，停止等压迁移；
步骤206：当两个单元都停止工作后，重新呼叫活塞区域单元51以确认下一组工作的两个相邻的压力容器；
步骤207：活塞区域单元51对当前的工作类型进行确认，此时的第二压力容器B中有压缩气体，而第一压力容器A中又注满水，第一压力容器A和第二压力容器B间的关系不符合压缩初始状态；而第二压力容器B中有压缩气体，于是进入气体释放环节；
步骤208：在进行气体释放环节之前，活塞区域单元51发现最高耐压等级的第一压力容器A不与第一可逆式液压发电系统M1相连，于是呼叫等压迁移单元53将最低耐压等级第一压力容器A与临近第二压力容器B间的第一液体驱动装置L1打开并调至自由空置状态，随后进行气体释放环节；
通过第一可逆式液压发电系统M1将水注入第一压力容器A中，第一压力容器A中的水通过下方的液体管道流入第二压力容器B中，同时第二压力容器B中的气体逐渐由气体注入系统R排出直至气体管道中的水感器触发；
步骤209：再次呼叫活塞区域单元51并重复步骤202～208直至储气系统S中的气体不再处于压缩状态且所有压力容器都注满水后，完整的膨胀释能结束。
容易理解的是在进行步骤203和步骤208时，如果本实施例中第一可逆式液压发电系统M1与第二压力容器B而不是第一压力容器A相连，则在步骤203时先呼叫等压迁移单元53将最高耐压等级第一压力容器A与临近第二压力容器B间的第一液体驱动装置L1打开并调至自由空置状态，再进入气体压缩环节；而在步骤208时直接进入气体注入环节。
如图5和图6所示的本发明实施例2，由第一压力容器A、第二压力容器B、第三压力容器C、第四压力容器D、第五压力容器E、储气系统S、第一液体驱动装置L1、第二液体驱动装置L2、第三液体驱动装置L3、第四液体驱动装置L4、第一可逆式液压发电系统M1、第二可逆式液压发电系统M2、气体注入系统R和不间断工作系统5组成，其中五个压力容器中耐压等级由高至低的顺序为：第一压力容器A＞第二压力容器B＞第三压力容器C＞第四压力容器D＞第五压力容器E；第一压力容器A、第二压力容器B、第三压力容器C、第四压力容器D和第五压力容器E的顶端依次通过上方的气体管道相连，而第一压力容器A、第二压力容器B、第三压力容器C、第四压力容器D和第五压力容器E的底端依次通过下方的液体管道相连；四段气体管道的最高点处都设有气体阀门和水感器，四段液体管道中依次设有第一液体驱动装置L1、第二液体驱动装置L2、第三液体驱动装置L3和第四液体驱动装置L4，储气系统S、第一压力容器A、第二压力容器B、第三压力容器C、第四压力容器D和第五压力容器E中都装有各自的压力计4；第二压力容器B和第四压力容器D的下端分别与第一可逆式液压发电系统M1和第二可逆式液压发电系统M2相连；最高耐压等级的第一压力容器A的顶端顺序通过水感器1和电磁阀3与储气系统相连，最低耐压等级的第五压力容器E的顶端顺序通过水感器1和气体阀门2与气体注入系统R相连；第一可逆式液压发电系统M1、第二可逆式液压发电系统M2、第一液体驱动装置L1、第二液体驱动装置L2、第三液体驱动装置L3、第四液体驱动装置L4、电磁阀3、所有的气体阀门2、所有的压力计4和所有的水感器1都与不间断工作系统5相连；
气体注入系统R为将气体输入压力容器中的装置；
储气系统S为用于储存压力气体的容器；
不间断工作系统5为电子系统，包括：活塞区域单元51、水泵控制单元52和等压迁移单元53；其中，
活塞区域单元51用于划分当前工作的类型、划分当前工作的压力容器和判断压缩初始条件或膨胀初始条件；
水泵控制单元52与各压力计4、第一可逆式液压发电系统M1和第二可逆式液压发电系统M2相连，水泵控制单元52用于控制各可逆式液压发电系统的正反转，当压缩储能时注水，当膨胀释能时发电，当进入气体注入环节和进入储气注入环节时发电或处于空置，当进入气体压缩环节和进入气体释放环节时注水；水泵控制单元52还用于接收压力计4传回的信号，并录有压缩迁移定值或膨胀迁移定值；
等压迁移单元53与各水感器1、第一液体驱动装置L1、第二液体驱动装置L2、第三液体驱动装置L3、第四液体驱动装置L4和各气体阀门2相连，等压迁移单元53用于控制液体驱动装置的正反转和上方气体管道的同时通断；确保当满足压缩终止条件或膨胀终止条件时同时关闭各液体驱动装置和上方的气体管道以终止等压迁移的过程。
如图3所示，使用本实施例进行压缩储能的方法时，顺序如下：
步骤301：首先录入第一压力容器A、第二压力容器B、第三压力容器C、第四压力容器D、第五压力容器E和储气系统S的各方面数值，记录以下条件：
第一压力容器A的压缩限值，第二压力容器B的压缩限值，第三压力容器C的压缩限值，第四压力容器D的压缩限值，第五压力容器E的压缩限值；
本实施例中第一压力容器A为最高耐压等级的压力容器，第五压力容器E为最低耐压等级的压力容器；
压缩初始条件为：五个压力容器中任意两个相邻的压力容器里较高耐压等级压力容器中注满水，较低耐压等级压力容器中为气体和水；
等压迁移的过程为：气体由两个相邻压力容器上方的气体管道输送至注满水的压力容器中的同时，几乎等量的水由两个相邻压力容器下方的液体驱动装置输送至注有气体和水的压力容器中；
当前可能进行工作的类型为：确认当前工作的两个相邻的压力容器、进入气体注入环节和进入气体压缩环节；
步骤302：进行压缩储能之前，活塞区域单元51将所有上方的气体阀门打开，随后通过第一可逆式液压发电系统M1和第二可逆式液压发电系统M2注水将所有气体由气体注入系统R一侧挤出；挤出空气后五个压力容器中都注满水；
步骤303：活塞区域单元51对当前的工作类型进行确认，此时五个压力容器中都充满了水，不符合压缩初始状态；而最低耐压等级的第五压力容器E中也注满了水，于是进入气体注入环节，此时活塞区域单元51发现最低耐压等级的第五压力容器E不与第二可逆式液压发电系统M2相连，于是呼叫等压迁移单元53将最低耐压等级第五压力容器E与临近的第四压力容器D间的第四液体驱动装置L4打开并调至自由空置状态，进行气体注入环节；
呼叫气体注入系统，气体注入系统将气体注入第五压力容器E的同时，等量的水通过第一可逆式液压发电系统M1从第四压力容器D中排出，同时第一可逆式液压发电系统M1进行发电；直至最低耐压等级第五压力容器E中的气体含量达到所需的体积；
步骤304：再次呼叫活塞区域单元51对当前的工作类型进行确认，判断第四压力容器D和第五压力容器E满足压缩初始条件，随后将第四压力容器D和第五压力容器E确认为当前工作的压力容器，且第四压力容器D为较高耐压等级的压力容器，第五压力容器E为较低耐压等级的压力容器；
步骤305：活塞区域单元51在确认当前工作的压力容器之后，活塞区域单元51确认以下两条信息：压缩迁移定值为第五压力容器E的压缩限值；压缩终止条件为第四压力容器D中充满水；活塞区域单元51同时向水泵控制单元52和等压迁移单元53发送传感信号，这两个单元同时开始工作；
水泵控制单元52在控制第二可逆式液压发电系统M2从所连接的压力容器中抽水的同时，收集压力计4中的信号，当满足压缩迁移定值时，停止可逆式液压发电系统；
等压迁移单元53在进行等压迁移的同时收集水感器1中的信号，待压缩终止条件满足后，停止等压迁移；
步骤306：当两个单元都停止工作后，重新呼叫活塞区域单元51以确认下一组工作的两个相邻的压力容器；判断第三压力容器C和第四压力容器D满足压缩初始条件，随后将第三压力容器C和第四压力容器D确认为当前工作的压力容器，且第三压力容器C为较高耐压等级的压力容器，第四压力容器D为较低耐压等级的压力容器；
步骤307重复进行步骤305和步骤306直至所有相邻的压力容器都不符合压缩初始状态后；进入下一步骤；
步骤308：活塞区域单元51对当前的工作类型进行确认，此时的第一压力容器A中有压缩气体，而第二压力容器B、第三压力容器C、第四压力容器D和第五压力容器E中又注满水，虽然所有相邻压力容器间的关系都不符合压缩初始状态；但第一压力容器A中有压缩气体，于是进入气体压缩环节，
步骤309：进入气体压缩环节之前，活塞区域单元51发现最高耐压等级的第五压力容器E不与第二可逆式液压发电系统M2相连，于是呼叫等压迁移单元53将最高耐压等级第一压力容器A与临近第二压力容器B间的第一液体驱动装置L1打开并调至自由空置状态，随后进入气体压缩环节；
通过第一可逆式液压发电系统M1将水注入第二压力容器B中，随后第二压力容器B中的水由下方的液体管道注入第一压力容器A中，同时第一压力容器A中的气体逐渐注入储气系统S中直至水感器1触发；
步骤310：再次呼叫活塞区域单元51并重复步骤302～309直至水感器1触发且储气系统S达到耐压限制后，完整的压缩储能结束。
容易理解的是，每当第二可逆式液压发电系统M2空置时，就可通过活塞区域单元51再次激活气体注入环节以提高效率；但在本方法中，只要任一压力容器处于任一流程中时，活塞区域单元51就无法再次激活该压力容器进行其他类型的工作。
如图4所示，使用本实施例进行膨胀释能的方法时，顺序如下：
步骤401：首先录入第一压力容器A、第二压力容器B、第三压力容器C、第四压力容器D、第五压力容器E和储气系统S的各方面数值，记录以下条件：
第一压力容器A的压缩限值，第二压力容器B的压缩限值，第三压力容器C的压缩限值，第四压力容器D的压缩限值，第五压力容器E的压缩限值；
本实施例中第一压力容器A为最高耐压等级的压力容器，第五压力容器E为最低耐压等级的压力容器；
膨胀初始条件为：五个压力容器中任意两个相邻的压力容器里较低耐压等级压力容器中注满水，较高耐压等级压力容器中为气体和水；
等压迁移的过程为：气体由上方的气体管道输送至注满水的压力容器中的同时，几乎等量的水由下方的液体驱动装置输送至注有气体和水的压力容器中；
当前可能进行工作的类型为：确认当前工作的两个相邻的压力容器、进入气体注入环节和进入气体压缩环节；
步骤402：进行膨胀释能之前，活塞区域单元51将所有上方的气体阀门打开，随后通过第一可逆式液压发电系统M1和第二可逆式液压发电系统M2注水将所有气体由气体注入系统R一侧挤出；挤出空气后五个压力容器中都注满水；
步骤403：活塞区域单元51对当前的工作类型进行确认，此时五个压力容器中都充满了水，不符合压缩初始状态；而最高耐压等级的第一压力容器A中也注满了水，于是进入储气注入环节；此时活塞区域单元51发现最高耐压等级的第一压力容器A不与第一可逆式液压发电系统M1相连，于是呼叫等压迁移单元53将最高耐压等级第一压力容器A与临近第二压力容器B间的第一液体驱动装置L1打开并调至自由空置状态，进行储气注入环节；
打开电磁阀3，储气系统S将气体注入第一压力容器A的同时，等量的水通过第一可逆式液压发电系统M1从第一压力容器A中排出，同时第一可逆式液压发电系统M1进行发电；直至最低耐压等级第一压力容器A中的气体含量达到所需的体积；
步骤404：再次呼叫活塞区域单元51对当前的工作类型进行确认，判断第一压力容器A和第二压力容器B满足膨胀初始条件，随后将第一压力容器A和第二压力容器B确认为当前工作的压力容器，且第一压力容器A为较高耐压等级的压力容器，第二压力容器B为较低耐压等级的压力容器；
步骤405：活塞区域单元51在确认当前工作的压力容器之后，活塞区域单元51确认以下两条信息：膨胀迁移定值为：第一压力容器A的压缩限值；膨胀终止条件为：第二压力容器B中充满水；活塞区域单元51同时向水泵控制单元52和等压迁移单元53发送传感信号，这两个单元同时开始工作；
水泵控制单元52在控制第一可逆式液压发电系统M1从所连接的压力容器中抽水的同时，收集压力计4中的信号，当满足膨胀迁移定值时，停止可逆式液压发电系统；
等压迁移单元53在进行等压迁移的同时收集水感器1中的信号，待膨胀终止条件满足后，停止等压迁移；
步骤406：当两个单元都停止工作后，重新呼叫活塞区域单元51以确认下一组工作的两个相邻的压力容器；判断第二压力容器B和第三压力容器C满足压缩初始条件，随后将第二压力容器B和第三压力容器C确认为当前工作的压力容器，且第二压力容器B为较高耐压等级的压力容器，第三压力容器C为较低耐压等级的压力容器；
步骤407重复进行步骤405和步骤406直至所有相邻的压力容器都不符合膨胀初始状态后；进入下一步骤；
步骤408：活塞区域单元51对当前的工作类型进行确认，此时的第五压力容器E中有压缩气体，而第一压力容器A、第二压力容器B、第三压力容器C和第四压力容器D中又注满水，虽然所有相邻压力容器间的关系都不符合压缩初始状态；但第五压力容器E中有压缩气体，于是进入气体释放环节；
步骤409：在进行气体释放环节之前，活塞区域单元51发现最低耐压等级的第五压力容器E不与第二可逆式液压发电系统M2相连，于是呼叫等压迁移单元53将最低耐压等级第五压力容器E与临近第四压力容器D间的第四液体驱动装置L4打开并调至自由空置状态，随后进行气体释放环节；
通过第二可逆式液压发电系统M2将水注入第四压力容器D中，第四压力容器D中的水通过下方的液体管道流入第五压力容器E中，同时第五压力容器E中的气体逐渐由气体注入系统R排出直至气体管道中的水感器触发；
步骤410：再次呼叫活塞区域单元51并重复步骤402～409直至储气系统S中的气体不再处于压缩状态且所有压力容器都注满水后，完整的膨胀释能结束。
容易理解的是，每当第一可逆式液压发电系统M1空置时，就可通过活塞区域单元51再次激活储气注入环节以提高效率；但在本方法中，只要任一压力容器处于任一流程中时，活塞区域单元51就无法再次激活该压力容器进行其他类型的工作。

Claims (10)

1.一种分级接力压缩空气储能系统，其特征在于，包括：至少两个压力容器、液体驱动装置、可逆式液压发电系统、储气系统(S)、气体注入系统(R)和不间断工作系统(5)；其中相邻两个压力容器的顶端通过上方的气体管道相连，而相邻两个压力容器的底端通过下方的液体管道相连；气体管道的最高点处设有气体阀门(2)和水感器(1)，液体管道中设有液体驱动装置，各压力容器和储气系统(S)中都装有单独的压力计(4)；每两个相邻的压力容器设有一个可逆式液压发电系统，且该可逆式液压发电系统与其中仅相邻压力容器中的一个压力容器相连；最高耐压等级的压力容器通过水感器(1)、电磁阀(3)与储气系统(S)相连，最低耐压等级的压力容器通过水感器(1)、气体阀门(2)与气体注入系统(R)相连；气体注入系统(R)、储气系统(S)、电磁阀(3)、所有的可逆式液压发电系统、所有的液体驱动装置、压力计(4)、气体阀门(2)和水感器(1)都与不间断工作系统(5)相连；
气体注入系统(R)是用于将气体输入压力容器中的装置；
储气系统(S)是用于储存压力气体的容器。
2.根据权利要求1所述的一种分级接力压缩空气储能系统，其特征在于，所述不间断工作系统(5)为电子系统包括：活塞区域单元(51)、水泵控制单元(52)和等压迁移单元(53)；活塞区域单元(51)与水泵控制单元(52)和等压迁移单元(53)相连，水泵控制单元(52)与压力计(4)和可逆式液压发电系统相连，等压迁移单元(53)与水感器(2)、电磁阀(3)、液体驱动装置和气体阀门(1)相连。
3.一种基于权利要求1所述的分级接力压缩空气储能系统的分级接力压缩空气储能运行控制策略，其特征在于，运行控制策略中压缩储能的方法包括以下步骤：
活塞区域单元(51)在确认当前工作的压力容器之后，向水泵控制单元(52)和等压迁移单元(53)发送传感信号，这两个单元同时开始工作；
水泵控制单元(52)在控制可逆式液压发电系统往所连接的压力容器中注水的同时，收集压力计(4)中的信号，当满足压缩迁移定值时，停止可逆式液压发电系统；
等压迁移单元(53)在进行等压迁移的同时收集水感器(2)中的信号，待压缩终止条件满足后，停止等压迁移；
当两个单元都停止工作后，重新呼叫活塞区域单元(51)以确认下一组工作的两个相邻的压力容器；
其中，当前工作的类型为：在压缩储能时确认当前工作的两个相邻的压力容器、进入气体注入环节或进入气体压缩环节；
压缩迁移定值为：两个相邻的压力容器中较高耐压等级压力容器的压缩限值；
压缩终止条件为：两个相邻的压力容器中较低耐压等级的压力容器中充满水；
压缩初始条件为：较高耐压等级的压力容器中注满水，较低耐压等级的压力容器中为气体和水；
等压迁移的过程为：气体由上方的气体管道输送至注满水的压力容器中的同时，几乎等量的水由下方的液体驱动装置输送至注有气体和水的压力容器中。
4.根据权利要求3所述的一种分级接力压缩空气储能运行控制策略，其特征在于，在所述活塞区域单元(51)确认当前工作的两个相邻的压力容器之前，需先对工作类型进行判定，在活塞区域单元(51)确认先判断是否有两个相邻的压力容器满足压缩初始条件，如果所有的压力容器与相邻的压力容器组合后，都不满足压缩初始条件，则判断最低耐压等级的压力容器中是否含有气体，如果没有则进行气体注入环节，如果有则进行气体压缩环节；如果任意两个相邻的压力容器满足压缩初始条件，则确认该两个相邻的压力容器为当前工作的压力容器；
气体压缩环节为：通过可逆式液压发电系统将水注入最高耐压等级的压力容器中，随后最高耐压等级的压力容器中的气体注入储气系统(S)中直至水感器触发；
气体注入环节为：气体注入系统(R)将气体注入最低耐压等级压力容器的同时，等量的水通过可逆式液压发电系统从最低耐压等级的压力容器中排出，同时可逆式液压发电系统进行发电。
5.根据权利要求4所述的一种分级接力压缩空气储能运行控制策略，其特征在于，在进行气体注入环节之前，如果活塞区域单元(51)发现最低耐压等级的压力容器不与可逆式液压发电系统相连，则呼叫等压迁移单元(53)将最低耐压等级压力容器与临近压力容器间的液体驱动装置打开并调至自由空置状态，随后进入气体注入环节直至最低耐压等级压力容器中的气体含量达到所需的体积；
在进行气体压缩环节之前，如果活塞区域单元(51)发现最高耐压等级的压力容器不与可逆式液压发电系统相连，则呼叫等压迁移单元(53)将最高耐压等级压力容器与临近压力容器间的气体阀门(1)打开；当水感器(2)触发且储气系统达到耐压限制后，完整的压缩储能结束。
6.根据权利要求4所述的一种分级接力压缩空气储能运行控制策略，其特征在于，所述活塞区域单元(51)在任意气体注入环节不工作时主动激活气体注入环节，但激活前需先确认最高耐压等级的压力容器并未进行压缩储能。
7.一种基于权利要求1所述的分级接力压缩空气储能系统的分级接力压缩空气储能运行控制策略，其特征在于，运行控制策略中膨胀释能的方法包括以下步骤：
活塞区域单元(51)在确认当前工作的压力容器之后，向水泵控制单元(52)和等压迁移单元(53)发送传感信号，这两个单元同时开始工作；
水泵控制单元(52)在控制可逆式液压发电系统发电的同时，收集压力计(4)中的信号，当满足膨胀迁移定值时，停止可逆式液压发电系统；
等压迁移单元(53)在进行等压迁移的同时收集水感器(2)中的信号，待膨胀终止条件满足后，停止等压迁移；
当两个单元都停止工作后，重新呼叫活塞区域单元(51)以确认下一组工作的两个相邻的压力容器；
其中，当前工作的类型为：在膨胀释能时确认当前工作的两个相邻的压力容器、进入储气注入环节或进入气体释放环节；
膨胀迁移定值为：两个相邻的压力容器中较低耐压等级压力容器的压缩限值；
膨胀终止条件为：两个相邻的压力容器中较高耐压等级的压力容器中充满水；
膨胀初始条件为：较低耐压等级的压力容器中注满水，较高耐压等级的压力容器中为气体和水；
等压迁移的过程为：气体由上方的气体管道输送至注满水的压力容器中的同时，几乎等量的水由下方的液体驱动装置输送至注有气体和水的压力容器中。
8.根据权利要求7所述的一种分级接力压缩空气储能运行控制策略，其特征在于，在所述活塞区域单元(51)确认当前工作的两个相邻的压力容器之前，需先对工作类型进行判定，在活塞区域单元(51)确认先判断是否有两个相邻的压力容器满足膨胀初始条件，如果所有的压力容器与相邻的压力容器组合后，都不满足膨胀初始条件，则判断最高耐压等级的压力容器中是否含有气体，如果没有则进行储气注入环节，如果有则进行气体释放环节；如果任意两个相邻的压力容器满足膨胀初始条件，则确认该两个相邻的压力容器为当前工作的压力容器；
进行储气注入环节时，只要储气系统(S)与高等级压力容器恒压状态，储气注入环节直接结束；
储气注入环节为：储气系统将气体注入最高耐压等级压力容器的同时，等量的水通过可逆式液压发电系统从最高耐压等级的压力容器中排出，同时可逆式液压发电系统进行发电；当储气系统(S)中的气体不再处于压缩状态且所有压力容器中都只有水后，完整的膨胀释能结束；
气体释放环节为：通过可逆式液压发电系统将水注入最低耐压等级的压力容器中，随后最低耐压等级的压力容器中的气体排出直至水感器(2)触发。
9.根据权利要求8所述的一种分级接力压缩空气储能运行控制策略，其特征在于，在进行储气注入环节之前，如果活塞区域单元(51)发现最高耐压等级的压力容器不与可逆式液压发电系统相连，则呼叫等压迁移单元(53)将最高耐压等级压力容器与临近压力容器间的液体驱动装置打开，直至最高耐压等级压力容器中的气体含量达到所需的体积；
在进行气体释放环节之前，如果活塞区域单元(51)发现最低耐压等级的压力容器不与可逆式液压发电系统相连，则呼叫等压迁移单元(53)将最低耐压等级压力容器与临近压力容器间的气体阀门(1)打开。
10.根据权利要求8所述的一种分级接力压缩空气储能运行控制策略，其特征在于，所述活塞区域单元(51)在任意气体注入环节不工作时主动激活气体注入环节，但激活前需先确认最低耐压等级的压力容器并未进行膨胀释能。
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