CN117096906A - 一种压缩空气储能耦合飞轮系统及调相模式设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压缩空气储能耦合飞轮系统及调相模式设计方法，将AA‑CAES中驱动压缩机的电动机和膨胀发电的发电机由一台同步电机替代，并控制其在压缩、调相、膨胀等模式间切换；在负荷需求较低时，启动储能模式，储能结束后切换为调相模式；当负荷需求较高时，启动发电模式；在上述模式切换的过程中，压缩机和膨胀机在启停过程中与飞轮储能耦合，压缩机/膨胀机停转时飞轮储存其机械能，在其启动时飞轮释能提供启动转矩，新型AA‑CAES系统结构，可使AA‑CAES电站可全时段多模式运行，避免了同步电机在停转过程中的损耗和启动期间的谐振问题；解决传统运行模式中，调峰过程压缩机和透平发电机启动时间较长导致的响应速度缓慢的问题，安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种压缩空气储能耦合飞轮系统及调相模式设计方法。
背景技术
目前，面对全球经济发展带来的环境问题，以及区域冲突引起的能源供应紧缺，各国对新能源的需求日益迫切。随着我国的风光发电机组的装机容量和渗透率的逐步提高，电力系统“双高”特征明显，体现在高比例风、光接入引起的消纳困难和高比例电力电子并网引发的惯量和无功支撑不足，对电网的安全稳定运行带来了极大挑战。因此，如何高比例消纳可再生能源，提高电网的频率、惯量和电压支撑能力，推动绿色低碳的经济发展仍是目前亟待解决的问题。
目前，风光场站配置的储能系统大多采用电化学储能的方式，电化学储能电站采用储能变流器即功率转换系统(Power Conversion System，PCS)接入电网，其运行特性存在无功支撑与惯量不足的问题，无法保证电网电压和功率的稳定，严重影响供电质量。随着风光厂站配置的电化学储能电站接入系统容量逐步增大，电力系统面临运行稳定性和可靠性的压力日益倍增。目前能够支撑电网动态调整、保证供电质量的设备主要有静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)、静止同步补偿器(Static SynchronousCompensator,STATCOM)和同步调相机。特别需要说明的是，随着多条特高压直流线路相继投运，我国特高压交直流混联电网已初具规模。故障时直流系统强冲击与交流系统弱承载的突出矛盾，客观上要求直流大规模有功输送，必须匹配交流强动态无功支撑。同步调相机(Synchronous Condenser，SC)具有补偿容量大、过载能力强、电压恢复速度快等优点。此外，其无延时的自发无功响应特性非常符合直流暂态过程对动态无功的需求。然而，装设专用调相机的设备投资较大：据调研1台新一代50Mvar调相机费用约为4500万元。若充分挖掘大规模旋转类储能系统自身的调相能力，则可在减少设备静态投资费用的前提下为电压稳定提供可靠支撑。
先进绝热压缩空气储能(Advanced Adiabatic Compressed Air EnergyStorage,AA-CAES)作为一种常规旋转类储能系统，其具有寿命长、容量大、零碳排放的特点，除提供常规的调峰调频功能外，AA-CAES还具备惯量和电压支撑能力，基于上述优异特性，AA-CAES受到学术界和工程界的广泛关注。储能时，该系统利用弃风、弃光和低谷电驱动压缩机，压缩过程中产生的压缩热能通过换热器回收，同时储气子系统将压缩空气的势能进行储存；释能时，储气库中的高压空气经过膨胀子系统，将压缩空气的压力势能和热能耦合释放发电。调相时，仅需注入少量压缩空气用于克服膨胀发电机转轴摩擦损耗，维持其额定转速，通过调节励磁电流，可对其输出无功功率进行连续调节。
根据压缩空气储能电站运行特点，其释能典型运行时长为4h，一天当中有20h处于闲置状态。因此，如何合理的设计AA-CAES的系统架构，提高压缩空气储能电站设备利用小时数，深度参与电网的调相工作是本发明所要解决的主要技术问题。
发明内容
本发明所为了解决背景技术中存在的技术问题，目的在于提供了一种压缩空气储能耦合飞轮系统及调相模式设计方法，将使用一台同步电机替代AA-CAES系统中原有的电动机和发电机，并控制其能够在储能、调相、发电等模式间切换，在提高系统利用小时数的同时，还能为电网提供无功和惯量支撑，辅助调节电网的电压和频率稳定。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：
一种压缩空气储能耦合飞轮系统，所述系统包括：压缩子系统、储热/储气子系统、膨胀子系统、调相子系统、控制系统和飞轮储能子系统；
所述压缩子系统包括：同步电机和空气压缩机，所述同步电机与所述空气压缩机之间设置有第一磁吸式离合器，所述空气压缩机具有二级压缩阶段；
所述调相子系统包括：全控励磁装置、整流器和电压互感器；所述全控励磁装置与同步电机的励磁绕组相连，所述电压互感器一次侧与区域电网连接，二次侧通过整流器与全控励磁装置连接；
所述储热/储气子系统包括：低温蓄热罐、高温蓄热罐、冷却器和加热器，所述低温储水罐的输出端与所述高温储水罐的输入端通过冷却器连接，所述低温储水罐的输入端与所述高温储水罐的输出端通过加热器连接；所述冷却器和加热器分别用来收集压缩热和加热压缩空气；
所述膨胀子系统包括：同步电机和透平膨胀机，所述同步电机与透平膨胀机之间设置第二磁吸式离合器，所述透平膨胀机具有二级膨胀阶段；
所述飞轮储能子系统包括：飞轮和第一充放一体电机、第二充放一体电机、第三充放一体电机及磁吸式离合器，利用第一充放一体电机、第二充放一体电机及第三充放一体电机可储存空气压缩机和透平膨胀机停转过程中的机械能至飞轮，所述磁吸式离合器设置在同步电机传动轴与飞轮之间。
进一步，所述控制系统根据区域电网有功功率和无功功率反馈信号控制同步电机在储能模式、调相模式和发电模式间的切换，根据电网需求和运行模式控制全控励磁装置的开断，保证同步电机在三种工作模式中的正确切换；
根据控制系统的信号，负荷低谷时，同步电机启动储能模式，与空气压缩机间的第一磁吸式离合器闭合，消纳风光清洁能源和电网的低谷电能；同步电机完成储能后，切换至调相模式，断开其与空气压缩机转轴的连接，打开全控励磁装置，调整电网的无功支撑；负荷需求较高时，同步电机切换至发电模式，其与透平膨胀机间的第二磁吸式离合器闭合，释放高压空气的势能，实现电网的调峰。
进一步，当在空气压缩机、透平膨胀机处于静置状态时，能够切换至同步电机的调相模式向储能电站并网节点提供惯量与电压支撑，提高区域电网的电压稳定性；当系统切换至储能或发电状态时，利用飞轮储能为空气压缩机或透平膨胀机提供启动转矩，驱动其达到同步转速，从而实现第三磁吸式离合器相对静止的对接；
所述空气压缩机在储能模式时，与同步电机之间的第一磁吸式离合器闭合，为储气罐提供高压空气；在储能结束时，空气压缩机叶轮停转过程的机械能，利用第一充放一体电机、第三充放一体电机将能量转换储存在飞轮中；
所述空气压缩机采用离心式压缩机并且压缩比相同，由环境空气至高压储气罐，空气压力依次提升；
所述飞轮作为储存空气压缩机和透平膨胀机停转过程中机械能的设备，另外也可在切换到储能模式和发电模式时释放飞轮的机械能辅助空气压缩机和透平膨胀机达到同步转速，同时在调相模式中为电网提供必要的惯量支撑，稳定供电频率；
所述电压互感器感获取同步电机输出电压，经过整流器整流，作为反馈信号，为励磁系统调整发电机磁场提高参考。
进一步，所述冷却器和加热器通过导热油实现集热和加热功能。
进一步，所述飞轮采用磁悬浮轴承，减少了摩擦损耗；
所述全控励磁装置能够在大扰动下保证调相模式时的灵活调相供能；所述全控励磁装置得到控制系统的信号后，与同步电机接通，根据电网需求和电压互感器信号调节同步电机的励磁电压，使同步电机实现同步调相机的功能，向电网增加或吸收无功功率。
进一步，所述控制系统包括：压缩储能控制、无功调相控制和释能发电控制三个控制模块；
储能模式中，压缩储能控制模块接收电网的调度指令，将同步电机转子与空气压缩机转轴连接，飞轮辅助启动，在负荷需求较低时利用清洁能源或低谷电进行储能；另外，在储能结束时获得切换至无功调相控制模块的指令，断开同步电机负载，全控励磁装置打开，同步电机接入电网启动调相模式，空气压缩机叶轮转子停转时的机械能由飞轮储能子系统回收；发电模式启动时，控制系统同时切换至释能发电控制模块，根据负荷需求增大透平膨胀机的进气量，飞轮储能子系统发电驱动透平膨胀机启动，使其达到同步转速。
一种压缩空气储能耦合飞轮系统的调相模式设计方法，应用于上述中任一所述的系统，所述方法包括：
S1、压缩储能；在负荷需求较低时，区域电网向控制系统反馈有功功率信号，控制系统控制第一磁吸式离合器闭合，同步电机通过飞轮辅助驱动空气压缩机将低谷电能和风光清洁能源转化为压缩热能和高压空气势能解耦储存于高温蓄热罐和储气装置；此时，同步电机处于储能模式，AA-CAES电站不参与电网的调相工作；储能结束时，根据控制系统的信号，切断第一磁吸式离合器，控制第一充放一体电机及第三充放一体电机发电，将空气压缩机叶轮停转过程中的机械能储存到飞轮中；
S2、调相模式；储能完成后，AA-CAES处于静置状态，此时空气压缩机与透平膨胀机均处于停机状态，控制系统发送信号将同步电动机切换至调相模式，处于空转状态，并接入全控励磁装置，电压互感器为全控励磁装置提供发电机出口电压二次信号，根据区域电网的无功反馈信号全控励磁装置调节同步电机的励磁电流，从而使同步电机向区域电网吸收或注入无功功率，维持电网频率稳定；
S3、稳定发电；在负荷高峰时，控制系统控制第二磁吸式离合器闭合，飞轮驱动第三充放一体电机发电，通过第二充放一体电机带动透平膨胀机启动，然后储气罐释放高压空气接入透平膨胀机，此时透平膨胀机组按照爬坡率逐步增大进气量和补热量，将步骤S1储存的高压空气势能和压缩热能耦合发电；在稳定发电模式，控制系统会根据区域电网的信号反馈调节同步电机转速，使其发电相对稳定，减少了并网时的冲击。
进一步，所述飞轮用于补充调相过程中惯量支撑能力的不足，此时飞轮与同步电机传动轴之间的第三磁吸式离合器闭合，将步骤S1中存储在飞轮中的空气压缩机叶轮的机械能释放；调相模式结束后断开第三磁吸式离合器并关闭全控励磁装置。
进一步，所述调相模式中根据储气罐容量判断同步电机的驱动方式，若储气罐压力充足，则以微量的高压空气驱动同步电机；若储气罐压力不足，则采用外部供电驱动同步电机运行。
进一步，S2阶段工作时，飞轮补充调相过程中惯量支撑能力的不足，此时飞轮与同步电机传动轴之间的第三磁吸式离合器闭合。
进一步，S3阶段工作时，控制系统会根据区域电网的信号反馈调节同步电机转速，使其发电相对稳定，减少了并网时的冲击。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明设计了一种压缩空气储能耦合飞轮系统的调相模式方案，提供了一套新型AA-CAES系统结构，以一台同步电机取代之前的驱动压缩机的电动机和透平发电机两台设备；深入挖掘了AA-CAES系统中同步电动机、飞轮等设备的调相潜力。利用AA-CAES系统机组间歇工作的特征，结合飞轮设备最大化地避免同步电机、空气压缩机、透平膨胀机等大型旋转设备在启停过程中的能量损失和疲劳损耗。同步电机在调相模式时兼具无功功率补偿能力从而稳定电网电压，另外，飞轮具有惯性响应能力，能够为电网提供惯量支撑维持电网的频率。本发明解决了新能源电力技术采用电力电子装置并入电网导致无功补偿能力不足的问题，保障了电网供电安全可靠同时避免了安装调相机的高昂成本；
进一步地，本发明也是对AA-CAES系统的一次探索尝试，将储能、调相、发电等功能集中于一台同步电机，使得AA-CAES电站可全时段多模式运行，避免了同步电机在停转过程中的损耗和启动期间的谐振问题；同时，本发明避免了传统运行模式中，调峰过程压缩机和透平发电机启动时间较长导致的响应速度缓慢的问题。
附图说明：
图1为传统运行模式下AA-CAES系统结构图。
图2为本发明实施例中AA-CAES系统结构的示意图。
图3为本发明三种典型运行工况。
附图标记：
1、同步电机；2、空气压缩机；3、冷却器；4、加热器；5、透平膨胀机；6、发电机；7、飞轮；8、电压互感器；9、第一磁吸式离合器；10、第二磁吸式离合器；11、第三磁吸式离合器；12、第一充放一体电机、13、第二充放一体电机、14、第三充放一体电机。
具体实施方式
下面结合实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1：
本发明提出的设计方案主要是基于AA-CAES系统实现的，该系统的结构如图1所示。AA-CAES系统在传统的CAES系统的基础上将压缩空气产生的热能通过冷却器3储存在高温蓄热罐中，并在释能时通过加热器4用于加热高压空气，从而取代了传统CAES中燃料补燃环节，实现了系统的零碳排放。压缩空气储能系统储放能量的过程已有较为成熟的技术，其传统的运行模式此处只作简单介绍：储能时，同步电动机1驱动两级空气压缩机将环境空气的压力层层增加，然后将在冷却器3中降温后的高压空气储存在高压储气装置中；释能时，在加热器4中加热后的高压空气驱动透平膨胀机5，从而带动发电机6发电并入电网。
本发明提出了新型的AA-CAES系统结构和全天候多模式的运行方案，本实施例如图2所示，主要设备和子系统包括：同步电动机1、空气压缩机2、透平膨胀机5、飞轮7、电压互感器8、压缩子系统、储热/储气子系统、膨胀子系统、控制系统、飞轮储能子系统。系统的典型工况以及决策过程如图3所示，典型工况包括：压缩储能(工况1)、调相模式(工况2)、稳定发电(工况3)等三种工况。
本发明三种工况的具体运行方式如下：
工况1：压缩储能。在负荷需求较低时，区域电网向控制系统反馈有功功率信号，控制系统控制第一磁吸式离合器9闭合，同步电动机1(飞轮7辅助)驱动空气压缩机2将低谷电能和风光等清洁能源转化为压缩热能和高压空气势能解耦储存于高温蓄热罐和储气装置。此时，同步电机1处于储能模式，AA-CAES电站不参与电网的调相工作。储能结束时，根据控制系统的信号，切断第一磁吸式离合器9，控制第一充放一体电机12发电，将压缩机2叶轮停转过程中的机械能储存到飞轮7中；
工况2：调相模式。储能完成后，AA-CAES处于静置状态，此时空气压缩机2与透平膨胀机5均处于停机状态，控制系统发送信号将同步电动机1切换至调相模式，处于空转状态，并接入励磁装置。电压互感器8为全控励磁装置提供发电机出口电压二次信号，根据区域电网的无功反馈信号全控励磁装置调节同步电机1的励磁电流，从而使同步电机1向区域电网吸收或注入无功功率，维持电网频率稳定。
进一步地，飞轮7可以补充调相过程中惯量支撑能力的不足，此时飞轮7与同步电机1传动轴之间的第三磁吸式离合器11闭合，将工况1中存储在飞轮7中的压缩机2叶轮的机械能释放；调相模式结束后断开第三磁吸式离合器11并关闭全控励磁装置。
更进一步地，调相模式中根据储气罐容量判断同步电机1的驱动方式，若储气罐压力充足，则以微量的高压空气驱动同步电机1；若储气罐压力不足，则采用外部供电驱动同步电机1运行。
工况3：稳定发电。在负荷高峰时，控制系统控制第二磁吸式离合器10闭合，飞轮驱动第三充放一体电机14发电，第二充放一体电机13带动透平膨胀机5启动，然后储气罐释放高压空气接入透平膨胀机5，此时膨胀发电机5组按照一定的爬坡率逐步增大进气量和补热量，将工况1储存的高压空气势能和压缩热能耦合发电；工况3稳定发电模式与传统AA-CAES发电模式不同的是，本发明中控制系统会根据区域电网的信号反馈调节同步电机转速，使其发电相对稳定，减少了并网时的冲击。
进一步地，根据AA-CAES系统特性，发电结束后必须通过一段时间静置状态然后才转为储能状态。因此，稳定发电模式结束后，同步电机1切换为工况2调相模式，并且将转子的机械能传递给飞轮7，然后同步电机1与空气压缩机2间的第一磁吸式离合器9连接，再次重复工况1；
本发明中AA-CAES三种工况的一般运行顺序为：工况1—工况2—工况3—工况2—工况1……，该系统根据上述顺序在储能、调相、发电三种模式间全时段运行；
本发明的决策过程如图3所示，其中区域电网对AA-CAES电站的电价补偿包括有功电量补偿和无功电量补偿。由于AA-CAES电站在工况1和工况3中“低储高放”的运行模式，峰谷电价差使得电网对AA-CAES电站具有一定的有功电能补偿；AA-CAES电站在工况2中为电网提供无功功率支撑，对此区域电网回馈储能电站一定的无功电量补偿。系统决策时，AA-CAES电站接收区域电网的有功或无功反馈信号，图2中的控制系统以此控制同步电机1和全控励磁装置等设备的工作模式以及开关状态。
上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (10)
1.一种压缩空气储能耦合飞轮系统，其特征在于，所述系统包括：压缩子系统、储热/储气子系统、膨胀子系统、调相子系统、控制系统和飞轮储能子系统；
所述压缩子系统包括：同步电机(1)和空气压缩机(2)，所述同步电机(1)与所述空气压缩机(2)之间设置有第一磁吸式离合器(9)，所述空气压缩机(2)具有二级压缩阶段；
所述调相子系统包括：全控励磁装置、整流器和电压互感器(8)；所述全控励磁装置与同步电机(1)的励磁绕组相连，所述电压互感器(8)一次侧与区域电网连接，二次侧通过整流器与全控励磁装置连接；
所述储热/储气子系统包括：低温蓄热罐、高温蓄热罐、冷却器(3)和加热器(4)，所述低温储水罐的输出端与所述高温储水罐的输入端通过冷却器(3)连接，所述低温储水罐的输入端与所述高温储水罐的输出端通过加热器(4)连接；所述冷却器(3)和加热器(4)分别用来收集压缩热和加热压缩空气；
所述膨胀子系统包括：同步电机(1)和透平膨胀机(5)，所述同步电机(1)与透平膨胀机(5)之间设置第二磁吸式离合器(10)，所述透平膨胀机(5)具有二级膨胀阶段；
所述飞轮储能子系统包括：飞轮(7)和第一充放一体电机(12)、第二充放一体电机(13)、第三充放一体电机(14)及磁吸式离合器(11)，利用第一充放一体电机(12)、第二充放一体电机(13)及第三充放一体电机(14)可储存空气压缩机(2)和透平膨胀机(5)停转过程中的机械能至飞轮(7)，所述磁吸式离合器(11)设置在同步电机(1)传动轴与飞轮(7)之间。
2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能耦合飞轮系统，其特征在于，所述控制系统根据区域电网有功功率和无功功率反馈信号控制同步电机(1)在储能模式、调相模式和发电模式间的切换，根据电网需求和运行模式控制全控励磁装置的开断，保证同步电机(1)在三种工作模式中的正确切换；
根据控制系统的信号，负荷低谷时，同步电机(1)启动储能模式，与空气压缩机(2)间的第一磁吸式离合器(9)闭合，消纳风光清洁能源和电网的低谷电能；同步电机(1)完成储能后，切换至调相模式，断开其与空气压缩机(2)转轴的连接，打开全控励磁装置，调整电网的无功支撑；负荷需求较高时，同步电机(1)切换至发电模式，其与透平膨胀机(5)间的第二磁吸式离合器(10)闭合，释放高压空气的势能，实现电网的调峰。
3.根据权利要求2所述的一种压缩空气储能耦合飞轮系统，其特征在于，当在空气压缩机(2)、透平膨胀机(5)处于静置状态时，能够切换至同步电机(1)的调相模式向储能电站并网节点提供惯量与电压支撑，提高区域电网的电压稳定性；当系统切换至储能或发电状态时，利用飞轮(7)储能为空气压缩机(2)或透平膨胀机(5)提供启动转矩，驱动其达到同步转速，从而实现第三磁吸式离合器(11)相对静止的对接；
所述空气压缩机(2)在储能模式时，与同步电机(1)之间的第一磁吸式离合器(9)闭合，为储气罐提供高压空气；在储能结束时，空气压缩机(2)叶轮停转过程的机械能，利用第一充放一体电机(12)、第三充放一体电机(14)将能量转换储存在飞轮(7)中；
所述空气压缩机(2)采用离心式压缩机并且压缩比相同，由环境空气至高压储气罐，空气压力依次提升；
所述飞轮(7)作为储存空气压缩机(2)和透平膨胀机(5)停转过程中机械能的设备，另外也可在切换到储能模式和发电模式时释放飞轮(7)的机械能辅助空气压缩机(2)和透平膨胀机(5)达到同步转速，同时在调相模式中为电网提供必要的惯量支撑，稳定供电频率；
所述电压互感器感(8)获取同步电机(1)输出电压，经过整流器整流，作为反馈信号，为励磁系统调整发电机磁场提高参考。
4.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能耦合飞轮系统，其特征在于，所述冷却器(3)和加热器(4)通过导热油实现集热和加热功能。
5.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能耦合飞轮系统，其特征在于，所述飞轮(7)采用磁悬浮轴承，减少了摩擦损耗；
所述全控励磁装置能够在大扰动下保证调相模式时的灵活调相供能；所述全控励磁装置得到控制系统的信号后，与同步电机(1)接通，根据电网需求和电压互感器信号调节同步电机(1)的励磁电压，使同步电机(1)实现同步调相机的功能，向电网增加或吸收无功功率。
6.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能耦合飞轮系统，其特征在于，所述控制系统包括：压缩储能控制、无功调相控制和释能发电控制三个控制模块；
储能模式中，压缩储能控制模块接收电网的调度指令，将同步电机(1)转子与空气压缩机(2)转轴连接，飞轮(7)辅助启动，在负荷需求较低时利用清洁能源或低谷电进行储能；另外，在储能结束时获得切换至无功调相控制模块的指令，断开同步电机(1)负载，全控励磁装置打开，同步电机(1)接入电网启动调相模式，空气压缩机(2)叶轮转子停转时的机械能由飞轮储能子系统回收；发电模式启动时，控制系统同时切换至释能发电控制模块，根据负荷需求增大透平膨胀机(5)的进气量，飞轮储能子系统发电驱动透平膨胀机(5)启动，使其达到同步转速。
7.一种压缩空气储能耦合飞轮系统的调相模式设计方法，其特征在于，应用于权利要求1-6中任一所述的系统，所述方法包括：
S1、压缩储能；在负荷需求较低时，区域电网向控制系统反馈有功功率信号，控制系统控制第一磁吸式离合器(9)闭合，同步电机(1)通过飞轮(7)辅助驱动空气压缩机(2)将低谷电能和风光清洁能源转化为压缩热能和高压空气势能解耦储存于高温蓄热罐和储气装置；此时，同步电机(1)处于储能模式，AA-CAES电站不参与电网的调相工作；储能结束时，根据控制系统的信号，切断第一磁吸式离合器(9)，控制第一充放一体电机(12)及第三充放一体电机(14)发电，将空气压缩机(2)叶轮停转过程中的机械能储存到飞轮(7)中；
S2、调相模式；储能完成后，AA-CAES处于静置状态，此时空气压缩机(2)与透平膨胀机(5)均处于停机状态，控制系统发送信号将同步电动机(1)切换至调相模式，处于空转状态，并接入全控励磁装置，电压互感器(8)为全控励磁装置提供发电机出口电压二次信号，根据区域电网的无功反馈信号全控励磁装置调节同步电机(1)的励磁电流，从而使同步电机(1)向区域电网吸收或注入无功功率，维持电网频率稳定；
S3、稳定发电；在负荷高峰时，控制系统控制第二磁吸式离合器(10)闭合，飞轮(7)驱动第三充放一体电机(14)发电，通过第二充放一体电机(13)带动透平膨胀机(5)启动，然后储气罐释放高压空气接入透平膨胀机(5)，此时透平膨胀机(5)组按照爬坡率逐步增大进气量和补热量，将步骤S1储存的高压空气势能和压缩热能耦合发电；在稳定发电模式，控制系统会根据区域电网的信号反馈调节同步电机(1)转速，使其发电相对稳定，减少了并网时的冲击。
8.根据权利要求6所述的一种压缩空气储能耦合飞轮系统的调相模式设计方法，其特征在于，所述飞轮(7)用于补充调相过程中惯量支撑能力的不足，此时飞轮(7)与同步电机(1)传动轴之间的第三磁吸式离合器(11)闭合，将步骤S1中存储在飞轮(7)中的空气压缩机(2)叶轮的机械能释放；调相模式结束后断开第三磁吸式离合器(11)并关闭全控励磁装置。
9.根据权利要求6所述的一种压缩空气储能耦合飞轮系统的调相模式设计方法，其特征在于，所述调相模式中根据储气罐容量判断同步电机(1)的驱动方式，若储气罐压力充足，则以微量的高压空气驱动同步电机(1)；若储气罐压力不足，则采用外部供电驱动同步电机(1)运行。
10.根据权利要求6所述的一种压缩空气储能耦合飞轮系统的调相模式设计方法，其特征在于，S2阶段工作时，飞轮(7)补充调相过程中惯量支撑能力的不足，此时飞轮(7)与同步电机(1)传动轴之间的第三磁吸式离合器(11)闭合；S3阶段工作时，控制系统会根据区域电网的信号反馈调节同步电机转速，使其发电相对稳定，减少了并网时的冲击。
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| CN117318127A (zh) * | 2023-11-30 | 2023-12-29 | 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 | 一种用于复合储能的协调控制系统、方法及设备 |
| CN117318127B (zh) * | 2023-11-30 | 2024-02-23 | 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 | 一种用于复合储能的协调控制系统、方法及设备 |
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