CN117318127A - 一种用于复合储能的协调控制系统、方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于复合储能的协调控制系统、方法及设备，协调控制系统包括：电机组件、储能组件、传动组件及控制组件，储能组件包括多个储能件，传动组件包括对应储能件的多个传动件，储能件与对应的传动件连接，传动件还连接电机组件；电机组件分别与多个储能件以及储能件对应的传动件形成多个充放电循环；控制组件与电机组件、储能组件信号连接，用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，并按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，驱动对应传动件的运行。本发明通过复合储能方式，依托协调控制系统，发挥不同储能技术的优势，满足电力需求的同时，实现精准的能量转换控制。
Description
技术领域
本发明属于储能技术领域，具体涉及一种用于复合储能的协调控制系统、方法及设备。
背景技术
储能可以改善电力不匹配的情况，电网侧通过储能可以实现削峰填谷。储能分为物理储能和化学储能。其中，物理储能适合电网调峰，通常的物理储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能、重力储能及飞轮储能等。
例如，专利CN117057498A给出一种重力储能设备运行计划优化方法，具体包括：获取次日电网的峰谷电数据；确定重力储能系统的总充放电量，根据总充放电量确定充放电时间段；根据充放电时间段对质量块执行调度，建立价格模型，实现对重力储能设备的约束。该方案提供的重力储能设备运行计划优化方法根据次日峰谷电价制定更为合理的充放电计划，通过计算机对质量块进行调度，使系统效率和经济效益达到最优效果，同时减少挂载质量块造成的功率波动对电网的冲击次数。
但是，任何的单一储能技术都很难同时兼备安全可靠、高能量密度、长寿命、低成本等。如重力储能，通过发电机、质量块之间的运行，实现重力势能与电能之间的转换。然而，质量块的数量一般为离散的，对应的功率也存在离散型，重力储能系统的功率响应也会呈现阶梯特性，难以实现精准的线性功率响应。
如专利CN115013266A给出了一种矩阵式重力储能系统控制方法，设定重力储能模块，重力储能模块包含上侧区域和下侧区域，上侧区域和下侧区域分别包含n层的质量块层，每一层质量块层能够放置m块质量块；上侧区域和下侧区域的n层质量块层由上之下一一对应进行质量块的转移；储能过程中，下侧区域的质量块层按照奇偶数层分别从两侧垂直升降车交替提升至上侧区域内；释放电能过程中，上侧区域的质量块层按照奇偶数层分别从两侧垂直升降车交替下降至下侧区域内，并且两侧垂直升降车有载下降时间无间隔衔接。该方案采用两组垂直升降车两侧交替升降的方式控制整个重力储能系统的储能和放电过程，使储能以及放电过程更加的平稳。
以上现有重力储能装置主要依靠自身的结构设计来改变升降的时间，以此调节储放能的功率，但该种方案控制精度仍然较低，且存在结构不稳定的风险。
因此，如何结合各个储能技术，通过复合储能方式与电网侧进行匹配，实现对能量转换的精准控制是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种用于复合储能的协调控制系统、方法及设备，包括：电机组件、储能组件、传动组件及控制组件，储能组件包括多个储能件，传动组件包括对应储能件的多个传动件，储能件与对应的传动件连接，传动件还连接电机组件；电机组件分别与多个储能件以及储能件对应的传动件形成多个充放电循环；控制组件与电机组件、储能组件信号连接，用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，并按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，驱动对应传动件的运行。通过复合储能方式，充分发挥不同储能技术的优势，通过协调控制系统，满足电力应用需求的同时，实现精准的能量转换控制。
第一方面，本发明提供一种用于复合储能的协调控制系统，包括：电机组件、储能组件、传动组件及控制组件，储能组件包括多个储能件，传动组件包括对应储能件的多个传动件，储能件与对应的传动件连接，传动件还连接电机组件；
电机组件分别与多个储能件以及储能件对应的传动件形成多个充放电循环；
控制组件与电机组件、储能组件信号连接，用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，并按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，驱动对应传动件的运行。
进一步的，各个充放电循环分别为压缩能和/或势能与电能之间的能量转换。
进一步的，电机组件包括电动机及发电机。
进一步的，控制组件用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，具体表示为：
其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第
一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n储能件的储放能比例系
数，为第n储能件的能量转化效率，为第n储能件的输入功率。
进一步的，储能组件包括至少一个重力储能件，重力储能件包括多个重物，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：
其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第
一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n-i储能件的储放能比
例系数，为第n-i储能件的能量转化效率，为第n-i储能件的输入功率，为第k重
力储能件的能量转化效率，为第k重力储能件的重物数量，为第k重力储能件中的
每个重物质量，为第k重力储能件的重物额定的运行速度。
进一步的，储能组件还包括至少一个压缩能储能件，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对应的传动件的运行，再向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：
其中，为第压缩能储能件的储放能比例系数，为第压缩能储能件的能量转
化效率，为第压缩能储能件的空气流量，为第压缩能储能件的初始压力，为比
例系数，为理想气体状态参数，为第压缩能储能件中的气体温度，为第压缩能
储能件的储气体积，为第压缩能储能件流动到管道内气体压力，t为变化时间。
进一步的，压缩能储能件包括压缩机、储气罐和透平，压缩机与电机组件的电动机连接，透平与电机组件的发电机连接，储气罐分别连通压缩机和透平，储气罐与压缩机、透平的连接管道上分别设置有第一减压阀和第二减压阀。
进一步的，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对于的传动件的运行，具体表示为：
压缩机将气体压缩，并经第一减压阀后存储于储气罐，储气罐的气体经第二减压阀，推动透平做功。
进一步的，通过控制透平的输出功率，调节透平做功时的转速，透平做功时转速与输出的机械功率的无量纲物理关系如下：
其中，为第压缩能储能件的透平的最优转速，、、均为常数，为第压缩
能储能件的透平输出的机械功率。
进一步的，压缩能储能件包括齿轮箱、液压离合器及双向液压缸机构，齿轮箱与电机组件连接，液压离合器连接齿轮箱及双向液压机构，其中，双向液压机构包括双向液压缸、高压管路、低压管路、油压控制管路及蓄能管路，高压管路与低压管路的一端分别连通双向液压缸的两侧，另一端分别连通分流机构，油压控制管路的两侧分别连通分流机构，蓄能管路与油压控制管路连通。
进一步的，分流机构包括分流器及节流阀，油压控制管路包括压力调节阀和油箱，蓄能管路包括蓄能控制阀及蓄能器。
进一步的，蓄能器的最大容量大于预设倍数的重力储能件，具体表示为：
其中，为蓄能器的最大容量，为预设倍数，为第k重力储能件的重物
数量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为第k重力储能件的额定高度差。
进一步的，节流阀的开度，具体表示为：
其中，为节流阀的开度，为流经节流阀的液压油流量，为节流阀的圆孔流
系数，为节流阀最大流道面积，双向液压缸内的压强，为液压油密度。
第二方面，本发明还提供一种用于复合储能的协调控制方法，复合储能的协调控制系统包括电机组件、储能组件、传动组件及控制组件，储能组件包括多个储能件，传动组件包括对应储能件的多个传动件，储能件与对应的传动件连接，传动件还连接电机组件，电机组件分别与多个储能件以及储能件对应的传动件形成多个充放电循环，控制组件与电机组件、储能组件信号连接；
方法包括如下步骤：
控制组件分析接收到的电机组件和储能组件的数据，并按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，驱动对应传动件的运行。
进一步的，各个充放电循环分别为压缩能和/或势能与电能之间的能量转换。
进一步的，电机组件包括电动机及发电机。
进一步的，控制组件用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，具体表示为：
其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第
一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n储能件的储放能比例系
数，为第n储能件的能量转化效率，为第n储能件的输入功率。
进一步的，储能组件包括至少一个重力储能件，重力储能件包括多个重物，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：
其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第
一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n-i储能件的储放能比
例系数，为第n-i储能件的能量转化效率，为第n-i储能件的输入功率，为第k重
力储能件的能量转化效率，为第k重力储能件的重物数量，为第k重力储能件中的
每个重物质量，为第k重力储能件的重物额定的运行速度。
进一步的，重力储能件储存的能量，具体表示为：
其中，为第k重力储能件的储存能量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为重力加速度，为第k重力储能件的额定高度差。
重力储能件的功率容量，具体表示为：
其中，为第k重力储能件的功率容量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为重力加速度，为第k重力储能件的重物额定的运行速度。
进一步的，储能组件还包括至少一个压缩能储能件，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对应的传动件的运行，再向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：
其中，为第压缩能储能件的储放能比例系数，为第压缩能储能件的能量转
化效率，为第压缩能储能件的空气流量，为第压缩能储能件的初始压力，为比
例系数，为理想气体状态参数，为第压缩能储能件中的气体温度，为第压缩能
储能件的储气体积，为第压缩能储能件流动到管道内气体压力，t为变化时间。
进一步的，压缩能储能件包括压缩机、储气罐和透平，压缩机与电机组件的电动机连接，透平与电机组件的发电机连接，储气罐分别连通压缩机和透平，储气罐与压缩机、透平的连接管道上分别设置有第一减压阀和第二减压阀。
进一步的，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对于的传动件的运行，具体表示为：
压缩机将气体压缩，并经第一减压阀后存储于储气罐，储气罐的气体经第二减压阀，推动透平做功。
进一步的，通过控制透平的输出功率，调节透平做功时的转速，透平做功时转速与输出的机械功率的无量纲物理关系如下：
其中，为第压缩能储能件的透平的最优转速，、、均为常数，为第压缩
能储能件的透平输出的机械功率
进一步的，压缩能储能件包括齿轮箱、液压离合器及双向液压缸机构，齿轮箱与电机组件连接，液压离合器连接齿轮箱及双向液压机构，其中，双向液压机构包括双向液压缸、高压管路、低压管路、油压控制管路及蓄能管路，高压管路与低压管路的一端分别连通双向液压缸的两侧，另一端分别连通分流机构，油压控制管路的两侧分别连通分流机构，蓄能管路与油压控制管路连通。
进一步的，分流机构包括分流器及节流阀，油压控制管路包括压力调节阀和油箱，蓄能管路包括蓄能控制阀及蓄能器。
进一步的，蓄能器的最大容量大于预设倍数的重力储能件，具体表示为：
其中，为蓄能器的最大容量，为预设倍数，为第k重力储能件的重物
数量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为第k重力储能件的额定高度差。
进一步的，节流阀的开度，具体表示为：
其中，为节流阀的开度，为流经节流阀的液压油流量，为节流阀的圆孔流
系数，为节流阀最大流道面积，双向液压缸内的压强，为液压油密度。
第三方面，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述用于复合储能的协调控制方法。
本发明提供的一种用于复合储能的协调控制系统、方法及设备，至少包括如下有益效果：
（1）通过复合储能方式，充分发挥不同储能技术的优势，通过协调控制系统，满足电力应用需求的同时，实现精准的能量转换控制。
（2）通过压缩能储能件能平衡重力储能件的功率离散性问题，进而改变电机组件中电动机和发电机的机械转矩，控制电机组件的输入/输出功率，从而达到精准的能量转换控制。
（3）液压油蓄能及压缩空气储能，通过减压阀/节流阀控制压力输出/输入，调节功率的输出/输入。
附图说明
图1为本发明提供的一种用于复合储能的协调控制系统的结构示意图；
图2为本发明提供的某一实施例的重力储能件的结构示意图；
图3为本发明提供的某一实施例的压缩空气的压缩能储能件的结构示意图；
图4为本发明提供的某一实施例的液压缸的压缩能储能件的结构示意图。
附图标记说明：1-电机组件，11-电动机，12-发电机，2-储能组件，200-重力储能件，211-压缩机，212-储气罐，213-透平，214-第一减压阀，215-第二减压阀，221-齿轮箱，222-液压离合器，223-双向液压缸，2241-第一分流器，2242-第二分流器，225-节流阀，226-压力调节阀，227-油箱，228-蓄能控制阀，229-蓄能器，3-传动组件，4-控制组件。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
电网侧的储能系统能实现针对电网的削峰填谷，改善电力供需不匹配的状况。复合储能可以克服单一储能的缺陷，通过对复合储能中各个储能装置进行协调控制，可以在满足电力应用需求的同时，实现精准的能量转换控制。
如图1所示，本发明提供一种用于复合储能的协调控制系统，包括：电机组件1、储能组件2、传动组件3及控制组件4，储能组件2包括多个储能件，传动组件3包括对应储能件的多个传动件，储能件与对应的传动件连接，传动件还连接电机组件1；
电机组件1分别与多个储能件以及储能件对应的传动件形成多个充放电循环；
控制组件4与电机组件1、储能组件2信号连接，用于分析接收到的电机组件1和储能组件2的数据，并按储放能比例分别向电机组件1和各个储能件发送驱动信号，驱动对应传动件的运行。
通过复合储能方式，充分发挥不同储能技术的优势，通过协调控制系统，满足电力应用需求的同时，实现精准的能量转换控制。
各个充放电循环分别为压缩能和/或势能与电能之间的能量转换。电机组件1包括电动机及发电机。
储能组件2通过传动组件3与电机组件1中的电机耦合，再通过电力电子装置经整流及逆变后并网。即并网之前包括机侧变流器、DC/CD变换器以及电网侧变流器，变流器、DC/CD变换器可以采用现有的装置。
变流器可以采用全控的三相桥式变流器，与双向逆变器结构相同。机侧变流器主要对电机组件1进行控制，例如，机侧变流器采用典型双环控制，可以根据不同的控制目标，外环控制对电机转速、电压等电气量进行控制，内环控制电机电流，并产生机侧变流器的调制信号。
机侧变流器采用矢量控制，通过磁场定向与矢量变换，将电机定子电流分解为与转子磁场方向一致的励磁分量和与磁场方向正交的转矩分量，分别进行控制。当然，具体的控制方法与电机组件采用的类型相关，在此不进行具体的限定。
DC/CD变换器的主要作用是对机侧变流器直流出口电压进行升压。
控制组件用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，具体表示为：
其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第
一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n储能件的储放能比例系
数，为第n储能件的能量转化效率，为第n储能件的输入功率。
控制组件与各个储能组件进行信号连接，接收到储能组件的功率信息，并根据转化效率、功能输出比例等，对每个储能组件进行功率调控，以满足电力应用需求。
储能组件包括至少一个重力储能件200，重力储能件200结合对应的传动件与电机组件1耦合，进行重力势能与电能之间的能量转换。当电网中电力富余时，驱动电机将重力储能件200移至高处，当电网中需要电力时再将重力储能件200的重力势能转化为动能驱动发电机发电。如图2中，重力储能件200的结构为多个具有相同质量的重物组合形成，其设置于具有一定高度的储能滑道内，通过在储能滑道内的高度变化，实现重力势能的储放。
重力储能件储存的能量，具体表示为：
其中，为第k重力储能件的储存能量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为重力加速度，为第k重力储能件的额定高度差。
重力储能件的功率容量，具体表示为：
其中，为第k重力储能件的功率容量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为重力加速度，为第k重力储能件的重物额定的运行速度。
储能组件包括至少一个重力储能件，重力储能件包括多个重物，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：
其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第
一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n-i储能件的储放能比
例系数，为第n-i储能件的能量转化效率，为第n-i储能件的输入功率，为第k重
力储能件的能量转化效率，为第k重力储能件的重物数量，为第k重力储能件中的
每个重物质量，为第k重力储能件的重物额定的运行速度。
压缩储能的蓄能过程是利用电网中的电能驱动压缩机或者液压缸等，直接或者间接将空气进行压缩至高压空气，并储存于储气装置中，使得电能转化为压缩空气的内能。压缩储能的释能过程是释放储气装置中的高压空气，推动透平膨胀机或者液压缸等做功，驱动发电机发电，使得压缩空气的内能重新转化为电能。
如图3所示，在本实施例中，压缩能储能件包括压缩机211、储气罐212和透平213，压缩机211与电机组件1的电动机11连接，透平213与电机组件1的发电机12连接，储气罐212分别连通压缩机211和透平213，储气罐212与压缩机211、透平213的连接管道上分别设置有第一减压阀214和第二减压阀215。
另外，压缩能储能件还包括储热装置，储热装置可以回收压缩机211工作过程中产生的热量，也可以吸收其他类型的能量，例如，太阳能、电能等。
本实施例中的压缩能储能件与发电机12（可以是高速的永磁同步发电机）耦合，利用高压空气驱动透平213，带动发电机12发电，再通过电力电子设备并网。具体的工作原理为：释能发电过程中，储气罐212内储存的高压气体通过减压阀降低到合适的压力，经储热装置的换热后转化为高温高压气体，升高做功功率，驱动透平213，带动发电机12发电；储能充电过程中，压缩机211将常温常压的空气进行压缩，并将压缩后的空气存储至储气罐212内，储能器的体积和压力决定了本实施例中压缩能储能件的储能量。
控制组件，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对于的传动件的运行，具体表示为：
压缩机将气体压缩，并经第一减压阀后存储于储气罐，储气罐的气体经第二减压阀，推动透平做功。
本实施例中，储气罐中剩余压缩空气的压力、温度能反应整个压缩能储能件剩余储能量的多少。
根据理想气体状态方式，可以获得具体如下关系：
其中，为第压缩能储能件的储气体积，为第压缩能储能件的储气罐的
剩余压力，为第压缩能储能件的储气罐中空气的质量，r为理想气体状态参数（气体
常数，取值取决于所使用的单位系统），为第压缩能储能件中的气体温度。
第压缩能储能件的储气罐中空气的质量，与传动件的管道内气体压力存
在正比关系，具体表示为：
其中，为第压缩能储能件流动到管道内气体压力，t为变化时间，为第压缩
能储能件的储放能比例系数（可通过具体的实验提前测得）。
控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对应的传动件的运行，再向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：
其中，为第压缩能储能件的储放能比例系数，为第压缩能储能件的能量转
化效率，为第压缩能储能件的空气流量，为第压缩能储能件的初始压力，为比
例系数，为理想气体状态参数，为第压缩能储能件中的气体温度，为第压缩能
储能件的储气体积，为第压缩能储能件流动到管道内气体压力，t为变化时间。
储能充电过程中，压缩机一般以恒定的功率进行工作，可以在恒定功率的基础上控制储放能比例系数来调节压缩能储能件的输入功率。
而在释能发电过程中，则是通过控制透平的输出功率，调节透平做功时的转速。通常来说，透平可以在较大的转速范围内运行，确定透平的输出功率后，存在最优转速，在最优转速之下所需的空气压力最小。通过历史数据及大量的试验验证，透平最优转速与输出的机械功率之间存在二次关系。
即，透平做功时转速与输出的机械功率的无量纲物理关系如下：
其中，为第压缩能储能件的透平的最优转速，、、均为常数，为第压缩
能储能件的透平输出的机械功率。
如图4所示，在另外一个实施例中，压缩能储能件包括齿轮箱221、液压离合器222及双向液压缸223机构，齿轮箱221与电机组件1连接，液压离合器222连接齿轮箱221及双向液压机构，其中，双向液压机构包括双向液压缸223、高压管路、低压管路、油压控制管路及蓄能管路，高压管路与低压管路的一端分别连通双向液压缸223的两侧，另一端分别连通分流机构，油压控制管路的两侧分别连通分流机构，蓄能管路与油压控制管路连通。
其中，分流机构包括分流器224及节流阀225，油压控制管路包括压力调节阀226和油箱227，蓄能管路包括蓄能控制阀228及蓄能器229。
双向液压缸223与高压管路连通的一侧在工作时常处于高油压状态，可以称为高压油缸；而双向液压缸223与低压管路连通的另一侧在工作时常处于低油压状态，可以称为低压油缸。高压管路与低压管路分别设置控制阀，分别为第一控制阀与第二控制阀，控制阀用于开闭管路双向液压缸223以及油压控制管路。
分流器包括第一分流器2241和第二分流器2242，第一分流器2241与高压管路连通，第二分流器2242与低压管路连通，节流阀225设置在第一分流器2241与第二分流器2242之间，且连通高压管路和低压管路，通过控制节流阀225可以控制单位时间内通过的液压油的流量，从而可以调节双向液压缸223内活塞运动的速度。
油压控制管路包括依次连通的第三控制阀、压力调节阀226、油箱227以及第四控制阀，第三控制阀与压力调节阀226配合调节高压油缸的压力。第四控制阀开断油箱227和油压控制管路，油箱227提供储存和释放液压，以维持系统液压油的平衡。
蓄能管路包括蓄能控制阀228及蓄能器229，其中，蓄能控制阀228开断蓄能器229，蓄能器229可以将电能转变的压缩能储存起来，同时在释能阶段又可以将压缩能转变为液压释放出来，转变为电能。
为保证压缩能储能件的正常运行，并且能留有一定的安全裕度，蓄能器的最大容量大于预设倍数的重力储能件，具体表示为：
其中，为蓄能器的最大容量，为预设倍数，为第k重力储能件的重物
数量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为第k重力储能件的额定高度差。
为预设倍数，数值可以根据不同的应用需求进行设定，在此不做具体的限定。
节流阀的开度能控制单位时间通过的液压油的流量，节流阀的开度，具体表示为：
其中，为节流阀的开度，为流经节流阀的液压油流量，为节流阀的圆孔流
系数，为节流阀最大流道面积，双向液压缸内的压强，为液压油密度。
另外，复合储能还可以包括其他类型的储能组件，例如在某个实施例中，通过飞轮储能的方式进行能量的储释。飞轮储能至少包括一个飞轮储能件，飞轮储能件包括飞轮，飞轮与电机组件一体化设计，集成于金属轮毂上，以绕线的方式缠绕。
飞轮储存的动能为：
其中，为飞轮储存的动能，为飞轮的转动惯量（Kg•m2），为飞轮旋转的角
速度差值（rad/s）。
飞轮的功率为：
其中，Pu为飞轮的功率，Mu为飞轮的扭矩。
飞轮储能的能量提升可以通过两种方式，其一为增加飞轮储能件的飞轮转动惯量，其二为提升飞轮旋转的角速度差值。
若飞轮结构的圆盘形状，则飞轮的转动惯量，具体表示为：
其中，为飞轮材质的密度，为飞轮的厚度，为飞轮的半径。
当飞轮的结构、材质、尺寸确定后，飞轮储能的实时剩余能量则与飞轮旋转的角速度相关，具体表示为：
其中，为飞轮储能的实时剩余能量，为飞轮旋转的实时角速度，为
飞轮旋转的最大角速度，为飞轮旋转的最小角速度。
第二方面，本发明还提供一种用于复合储能的协调控制方法，复合储能的协调控制系统包括电机组件、储能组件、传动组件及控制组件，储能组件包括多个储能件，传动组件包括对应储能件的多个传动件，储能件与对应的传动件连接，传动件还连接电机组件，电机组件分别与多个储能件以及储能件对应的传动件形成多个充放电循环，控制组件与电机组件、储能组件信号连接；
方法包括如下步骤：
控制组件分析接收到的电机组件和储能组件的数据，并按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，驱动对应传动件的运行。
进一步的，各个充放电循环分别为压缩能和/或势能与电能之间的能量转换。
进一步的，电机组件包括电动机及发电机。
进一步的，控制组件用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，具体表示为：
其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第
一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n储能件的储放能比例系
数，为第n储能件的能量转化效率，为第n储能件的输入功率。
进一步的，储能组件包括至少一个重力储能件，重力储能件包括多个重物，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：
其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第
一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n-i储能件的储放能比
例系数，为第n-i储能件的能量转化效率，为第n-i储能件的输入功率，为第k重
力储能件的能量转化效率，为第k重力储能件的重物数量，为第k重力储能件中的
每个重物质量，为第k重力储能件的重物额定的运行速度。
进一步的，重力储能件储存的能量，具体表示为：
其中，为第k重力储能件的储存能量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为重力加速度，为第k重力储能件的额定高度差。
重力储能件的功率容量，具体表示为：
其中，为第k重力储能件的功率容量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为重力加速度，为第k重力储能件的重物额定的运行速度。
进一步的，储能组件还包括至少一个压缩能储能件，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对应的传动件的运行，再向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：
其中，为第压缩能储能件的储放能比例系数，为第压缩能储能件的能量转
化效率，为第压缩能储能件的空气流量，为第压缩能储能件的初始压力，为比
例系数，为理想气体状态参数，为第压缩能储能件中的气体温度，为第压缩能
储能件的储气体积，为第压缩能储能件流动到管道内气体压力，t为变化时间。
进一步的，压缩能储能件包括压缩机、储气罐和透平，压缩机与电机组件的电动机连接，透平与电机组件的发电机连接，储气罐分别连通压缩机和透平，储气罐与压缩机、透平的连接管道上分别设置有第一减压阀和第二减压阀。
进一步的，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对于的传动件的运行，具体表示为：
压缩机将气体压缩，并经第一减压阀后存储于储气罐，储气罐的气体经第二减压阀，推动透平做功。
进一步的，通过控制透平的输出功率，调节透平做功时的转速，透平做功时转速与输出的机械功率的无量纲物理关系如下：
其中，为第压缩能储能件的透平的最优转速，、、均为常数，为第压缩
能储能件的透平输出的机械功率。
进一步的，压缩能储能件包括齿轮箱、液压离合器及双向液压缸机构，齿轮箱与电机组件连接，液压离合器连接齿轮箱及双向液压机构，其中，双向液压机构包括双向液压缸、高压管路、低压管路、油压控制管路及蓄能管路，高压管路与低压管路的一端分别连通双向液压缸的两侧，另一端分别连通分流机构，油压控制管路的两侧分别连通分流机构，蓄能管路与油压控制管路连通。
进一步的，分流机构包括分流器及节流阀，油压控制管路包括压力调节阀和油箱，蓄能管路包括蓄能控制阀及蓄能器。
进一步的，蓄能器的最大容量大于预设倍数的重力储能件，具体表示为：
其中，为蓄能器的最大容量，为预设倍数，为第k重力储能件的重物
数量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为第k重力储能件的额定高度差。
进一步的，节流阀的开度，具体表示为：
其中，为节流阀的开度，为流经节流阀的液压油流量，为节流阀的圆孔流
系数，为节流阀最大流道面积，双向液压缸内的压强，为液压油密度。
进一步的，复合储能还可以包括其他类型的储能组件，例如在某个实施例中，通过飞轮储能的方式进行能量的储释。飞轮储能至少包括一个飞轮储能件，飞轮储能件包括飞轮，飞轮与电机组件一体化设计，集成于金属轮毂上，以绕线的方式缠绕。
飞轮储存的动能为：
其中，为飞轮储存的动能，为飞轮的转动惯量（Kg•m2），为飞轮旋转的角
速度差值（rad/s）。
飞轮的功率为：
其中，Pu为飞轮的功率，Mu为飞轮的扭矩。
飞轮储能的能量提升可以通过两种方式，其一为增加飞轮储能件的飞轮转动惯量，其二为提升飞轮旋转的角速度差值。
若飞轮结构的圆盘形状，则飞轮的转动惯量，具体表示为：
其中，为飞轮材质的密度，为飞轮的厚度，为飞轮的半径。
当飞轮的结构、材质、尺寸确定后，飞轮储能的实时剩余能量则与飞轮旋转的角速度相关，具体表示为：
其中，为飞轮储能的实时剩余能量，为飞轮旋转的实时角速度，为
飞轮旋转的最大角速度，为飞轮旋转的最小角速度。
第三方面，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述用于复合储能的协调控制方法。
具体来说，计算机设备可以包括一个或多个处理设备，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)，每个处理单元可以实现一个或多个硬件线程。计算机设备还可以包括任何存储资源，其用于存储诸如代码、设置、数据等之类的任何种类的信息。非限制性的，比如，存储资源可以包括以下任一项或多种组合：任何类型的RAM，任何类型的ROM，闪存设备，硬盘，光盘等。更一般地，任何存储资源都可以使用任何技术来存储信息。
进一步的，任何存储资源可以提供信息的易失性或非易失性保留。进一步地，任何存储资源可以表示计算机设备的固定或可移除部件。在一种情况下，当处理设备执行被存储在任何存储资源或存储资源的组合中的相关联的指令时，计算机设备可以执行相关联指令的任一操作。计算机设备还包括用于与任何存储资源交互的一个或多个驱动机构，诸如硬盘驱动机构、光盘驱动机构等。
计算机设备还可以包括输入/输出模块（I/O），其用于接收各种输入(经由输入设备)和用于提供各种输出(经由输出设备)。一个具体输出机构可以包括呈现设备和相关联的图形用户接口(GUI)。在其他实施例中，还可以不包括输入/输出模块（I/O）、输入设备以及输出设备，仅作为网络中的一台计算机设备。计算机设备还可以包括一个或多个网络接口，其用于经由一个或多个通信链路与其他设备交换数据。一个或多个通信总线将上文所描述的部件耦合在一起。
通信链路可以以任何方式实现，例如，通过局域网、广域网(例如，因特网)、点对点连接等、或其任何组合。通信链路可以包括由任何协议或协议组合支配的硬连线链路、无线链路、路由器、网关功能、名称服务器等的任何组合。
其中，处理器执行计算机程序时实现用于复合储能的协调控制方法是基于协调控制系统进行实现，协调控制系统包括电机组件、储能组件、传动组件及控制组件，储能组件包括多个储能件，传动组件包括对应储能件的多个传动件，储能件与对应的传动件连接，传动件还连接电机组件，电机组件分别与多个储能件以及储能件对应的传动件形成多个充放电循环，控制组件与电机组件、储能组件信号连接；
协调控制方法包括如下步骤：
控制组件分析接收到的电机组件和储能组件的数据，并按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，驱动对应传动件的运行。
进一步的，各个充放电循环分别为压缩能和/或势能与电能之间的能量转换。
进一步的，电机组件包括电动机及发电机。
进一步的，控制组件用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，具体表示为：
其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第
一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n储能件的储放能比例系
数，为第n储能件的能量转化效率，为第n储能件的输入功率。
进一步的，储能组件包括至少一个重力储能件，重力储能件包括多个重物，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：
其中，为电机组件输出的功率，为第一储能件的储放能比例系数，为第
一储能件的能量转化效率，为第一储能件的输入功率，为第n-i储能件的储放能比
例系数，为第n-i储能件的能量转化效率，为第n-i储能件的输入功率，为第k重
力储能件的能量转化效率，为第k重力储能件的重物数量，为第k重力储能件中的
每个重物质量，为第k重力储能件的重物额定的运行速度。
进一步的，重力储能件储存的能量，具体表示为：
其中，为第k重力储能件的储存能量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为重力加速度，为第k重力储能件的额定高度差。
重力储能件的功率容量，具体表示为：
其中，为第k重力储能件的功率容量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为重力加速度，为第k重力储能件的重物额定的运行速度。
进一步的，储能组件还包括至少一个压缩能储能件，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对应的传动件的运行，再向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：
其中，为第压缩能储能件的储放能比例系数，为第压缩能储能件的能量转
化效率，为第压缩能储能件的空气流量，为第压缩能储能件的初始压力，为比
例系数，为理想气体状态参数，为第压缩能储能件中的气体温度，为第压缩能
储能件的储气体积，为第压缩能储能件流动到管道内气体压力，t为变化时间。
进一步的，压缩能储能件包括压缩机、储气罐和透平，压缩机与电机组件的电动机连接，透平与电机组件的发电机连接，储气罐分别连通压缩机和透平，储气罐与压缩机、透平的连接管道上分别设置有第一减压阀和第二减压阀。
进一步的，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对于的传动件的运行，具体表示为：
压缩机将气体压缩，并经第一减压阀后存储于储气罐，储气罐的气体经第二减压阀，推动透平做功。
进一步的，通过控制透平的输出功率，调节透平做功时的转速，透平做功时转速与输出的机械功率的无量纲物理关系如下：
其中，为第压缩能储能件的透平的最优转速，、、均为常数，为第压缩
能储能件的透平输出的机械功率。
进一步的，压缩能储能件包括齿轮箱、液压离合器及双向液压缸机构，齿轮箱与电机组件连接，液压离合器连接齿轮箱及双向液压机构，其中，双向液压机构包括双向液压缸、高压管路、低压管路、油压控制管路及蓄能管路，高压管路与低压管路的一端分别连通双向液压缸的两侧，另一端分别连通分流机构，油压控制管路的两侧分别连通分流机构，蓄能管路与油压控制管路连通。
进一步的，分流机构包括分流器及节流阀，油压控制管路包括压力调节阀和油箱，蓄能管路包括蓄能控制阀及蓄能器。
进一步的，蓄能器的最大容量大于预设倍数的重力储能件，具体表示为：
其中，为蓄能器的最大容量，为预设倍数，为第k重力储能件的重物
数量，为第k重力储能件中的每个重物质量，为第k重力储能件的额定高度差。
进一步的，节流阀的开度，具体表示为：
其中，为节流阀的开度，为流经节流阀的液压油流量，为节流阀的圆孔流
系数，为节流阀最大流道面积，双向液压缸内的压强，为液压油密度。
进一步的，复合储能还可以包括其他类型的储能组件，例如在某个实施例中，通过飞轮储能的方式进行能量的储释。飞轮储能至少包括一个飞轮储能件，飞轮储能件包括飞轮，飞轮与电机组件一体化设计，集成于金属轮毂上，以绕线的方式缠绕。
飞轮储存的动能为：
其中，为飞轮储存的动能，为飞轮的转动惯量（Kg•m2），为飞轮旋转的角
速度差值（rad/s）。
飞轮的功率为：
其中，Pu为飞轮的功率，Mu为飞轮的扭矩。
飞轮储能的能量提升可以通过两种方式，其一为增加飞轮储能件的飞轮转动惯量，其二为提升飞轮旋转的角速度差值。
若飞轮结构的圆盘形状，则飞轮的转动惯量，具体表示为：
其中，为飞轮材质的密度，为飞轮的厚度，为飞轮的半径。
当飞轮的结构、材质、尺寸确定后，飞轮储能的实时剩余能量则与飞轮旋转的角速度相关，具体表示为：
其中，为飞轮储能的实时剩余能量，为飞轮旋转的实时角速度，为
飞轮旋转的最大角速度，为飞轮旋转的最小角速度。
本发明提供的一种用于复合储能的协调控制系统、方法及设备，至少包括如下有益效果：
（1）通过复合储能方式，充分发挥不同储能技术的优势，通过协调控制系统，满足电力应用需求的同时，实现精准的能量转换控制。
（2）通过压缩能储能件能平衡重力储能件的功率离散性问题，进而改变电机组件中电动机和发电机的机械转矩，控制电机组件的输入/输出功率，从而达到精准的能量转换控制。
（3）液压油蓄能及压缩空气储能，通过减压阀/节流阀控制压力输出/输入，调节功率的输出/输入。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (15)
1.一种用于复合储能的协调控制系统，其特征在于，包括：电机组件、储能组件、传动组件及控制组件，储能组件包括多个储能件，传动组件包括对应储能件的多个传动件，储能件与对应的传动件连接，传动件还连接电机组件；
电机组件分别与多个储能件以及储能件对应的传动件形成多个充放电循环；
控制组件与电机组件、储能组件信号连接，用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，并按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，驱动对应传动件的运行。
2.如权利要求1所述用于复合储能的协调控制系统，其特征在于，各个充放电循环分别为压缩能和/或势能与电能之间的能量转换。
3.如权利要求2所述用于复合储能的协调控制系统，其特征在于，电机组件包括电动机及发电机。
4.如权利要求1所述用于复合储能的协调控制系统，其特征在于，控制组件用于分析接收到的电机组件和储能组件的数据，按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，具体表示为：
；
其中，为电机组件输出的功率，/>为第一储能件的储放能比例系数，/>为第一储能件的能量转化效率，/>为第一储能件的输入功率，/>为第n储能件的储放能比例系数，/>为第n储能件的能量转化效率，/>为第n储能件的输入功率。
5.如权利要求4所述用于复合储能的协调控制系统，其特征在于，储能组件包括至少一个重力储能件，重力储能件包括多个重物，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：
；
其中，为电机组件输出的功率，/>为第一储能件的储放能比例系数，/>为第一储能件的能量转化效率，/>为第一储能件的输入功率，/>为第n-i储能件的储放能比例系数，/>为第n-i储能件的能量转化效率，/>为第n-i储能件的输入功率，/>为第k重力储能件的能量转化效率，/>为第k重力储能件的重物数量，/>为第k重力储能件中的每个重物质量，/>为第k重力储能件的重物额定的运行速度。
6.如权利要求5所述用于复合储能的协调控制系统，其特征在于，储能组件还包括至少一个压缩能储能件，压缩能储能件包括压缩机、储气罐和透平，压缩机与电机组件的电动机连接，透平与电机组件的发电机连接，储气罐分别连通压缩机和透平，储气罐与压缩机、透平的连接管道上分别设置有第一减压阀和第二减压阀。
7.如权利要求6所述用于复合储能的协调控制系统，其特征在于，控制组件接收并分析重力储能件的势能数据，向重力储能件发送驱动信号，驱动重力储能件对应的传动件的运行，并根据能量转换的分析，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对应的传动件的运行，再向其他储能件发送驱动信号，驱动其他储能件对应的传动件的运行，具体表示为：
；
其中，为第/>压缩能储能件的储放能比例系数，/>为第/>压缩能储能件的能量转化效率，/>为第/>压缩能储能件的空气流量，/>为第/>压缩能储能件的初始压力，/>为比例系数，/>为理想气体状态参数，/>为第/>压缩能储能件中的气体温度，/>为第/>压缩能储能件的储气体积，/>为第/>压缩能储能件流动到管道内气体压力，t为变化时间。
8.如权利要求7所述用于复合储能的协调控制系统，其特征在于，按预设储放能比例向压缩能储能件发送驱动信号，驱动压缩能储能件对应的传动件的运行，具体表示为：
压缩机将气体压缩，并经第一减压阀后存储于储气罐，储气罐的气体经第二减压阀，推动透平做功。
9.如权利要求8所述用于复合储能的协调控制系统，其特征在于，通过控制透平的输出功率，调节透平做功时的转速，透平做功时转速与输出的机械功率的无量纲物理关系如下：
；
；
其中，为第/>压缩能储能件的透平的最优转速，/>、/>、/>均为常数，/>为第/>压缩能储能件的透平输出的机械功率。
10.如权利要求4所述用于复合储能的协调控制系统，其特征在于，储能组件还包括至少一个压缩能储能件，压缩能储能件包括齿轮箱、液压离合器及双向液压机构，齿轮箱与电机组件连接，液压离合器连接齿轮箱及双向液压机构，其中，双向液压机构包括双向液压缸、高压管路、低压管路、油压控制管路及蓄能管路，高压管路与低压管路的一端分别连通双向液压缸的两侧，另一端分别连通分流机构，油压控制管路的两侧分别连通分流机构，蓄能管路与油压控制管路连通。
11.如权利要求10所述用于复合储能的协调控制系统，其特征在于，分流机构包括分流器及节流阀，油压控制管路包括压力调节阀和油箱，蓄能管路包括蓄能控制阀及蓄能器。
12.如权利要求11所述用于复合储能的协调控制系统，其特征在于，蓄能器的最大容量大于预设倍数的重力储能件，具体表示为：
；
其中，为蓄能器的最大容量，/>为预设倍数，/>为第k重力储能件的重物数量，/>为第k重力储能件中的每个重物质量，/>为第k重力储能件的额定高度差。
13.如权利要求12所述用于复合储能的协调控制系统，其特征在于，节流阀的开度，具体表示为：
；
其中，为节流阀的开度，/>为流经节流阀的液压油流量，/>为节流阀的圆孔流系数，/>为节流阀最大流道面积，/>双向液压缸内的压强，/>为液压油密度。
14.一种用于复合储能的协调控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-13任一所述用于复合储能的协调控制系统，复合储能的协调控制系统包括电机组件、储能组件、传动组件及控制组件，储能组件包括多个储能件，传动组件包括对应储能件的多个传动件，储能件与对应的传动件连接，传动件还连接电机组件，电机组件分别与多个储能件以及储能件对应的传动件形成多个充放电循环，控制组件与电机组件、储能组件信号连接；
方法包括如下步骤：
控制组件分析接收到的电机组件和储能组件的数据，并按储放能比例分别向电机组件和各个储能件发送驱动信号，驱动对应传动件的运行。
15.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求14所述用于复合储能的协调控制方法。
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