新能源发电与控制技术第九章.ppt

第9章 储 能 技 术;9.1 飞轮储能;④电机控制与电力转换器； ⑤高真空及安全保护罩。 现代飞轮储能系统一般都是由一个圆柱形旋转质量块和磁悬浮轴承支撑机构组成。采用磁悬浮轴承的目的是消除摩擦损耗,提高系统的寿命。为了保证足够高的储能效率,减少风阻损耗,飞轮储能系统应该运行于真空度较高的环境中。飞轮与电机同轴相连,通过电力电子能量转换装置,可进行飞轮转速的调节,实现储能装置与电网之间的能量交换。;9.1.2 飞轮电机的选择;(6)要求电机有较大的输出转矩和输出功率; (7)要求电机运行效率高、调速性能好; (8)要求电机具有结构简单、运行可靠、易于维护等优点。 根据以上的运行特点和要求,有三类电机可供选择:感应电机、磁阻电机、永磁电机。;9.1.3 无刷直流电机基本结构及数学模型; 无刷直流电机的反电动势为梯形波,因此在三相坐标系下分析比较方便,分析时做如下假设: (1)电机磁路不饱和; (2)不计涡流和磁滞损耗; (3)三相绕组完全对称。 由此可得无刷直流电机的电路拓扑结构如图9-3所示。;9.1.4 飞轮储能系统工作模式分析; 在充电工作模式下,飞轮储能系统消耗外部电能, 带动飞轮加速旋转,这样电能转换为机械能存储在飞轮中。如图9-4所示,电路拓扑主要有四个部分:整流电路、PAM 电路、逆变电路、泵升电路。;放电主电路拓扑简图如图9-5所示,其主要由三个部分组成:整流电路、BOOST升压电路、逆变及滤波电路。;3. 保持工作模式 保持工作模式既没有能量的正向流动,也没有能量的反向流动,飞轮处于空闲运转状态,整个飞轮储能系统以最小的损耗运行,能量基本保持恒定。此外,也可以考虑在保持工作模式采用低压模式,这样可以使飞轮长时间存储额定能量。在这种工作模式下电网直接为负载提供能量。;9.1.5 飞轮储能的应用;9.2 超导磁储能;1. 超导线圈 超导线圈的形状通常是环形和螺管形。 2. 失超保护 对于超导磁体,失超时可能出现3种情况:①过热;②高压放电;③应力过载。 3. 冷却系统 低温冷却装置由不锈钢制冷器、低温液体的分配系统、一对自动的氦液化器3部分组成。 4. 变流器 常用的变流器有两种:电压型和电流型变流器。 5. 控制系统 控制器的性能必须和电网的动态过程匹配,一般由外环控制和内环控制两部分组成。;9.2.2 超导磁储能装置控制模式;2. 维持模式 在系统处于待命状态不与电网发生功率交换时,由于储能设备的超导线圈电流引线等非超导部件的存在,储能设备会产生一些损耗,导致超导线圈电流将以非常缓慢的速度减小。为了维持超导线圈的电流为恒定值,需要电网通过PCS按涓流充电方式对超导线圈充磁。 3. 放磁模式 放磁模式可以分成两种情况:①正常放磁;②故障保护。 4. 功率交换模式 储能系统与电网发生有功功率和无功功率交换。;9.2.3 控制策略及控制方法;5. 模糊逻辑控制 模糊逻辑控制属智能控制范畴,对复杂的非线性、时变、不确定性系统,采用开闭环控制和定性与定量控制相结合的多模态控制方式可很好地解决非线性和不精确性问题,有望成为综合解决复杂电力系统控制面临的诸多问题的有效方法。 6. 人工神经网络(ANN) 用大量简单处理单元经广泛连接组成模拟大脑神经系统结构和功能的人工网络具有较强的鲁棒性和自学习能力,能很好地处理一些输入量与系统之间的非线性关系。;9.2.4 SMES的应用;9.3 超级电容器储能;9.3.1 超级电容器储能系统结构;2. 储能系统工作原理 超级电容器储能系统的单相等效电路如图9-8所示。 图9-8中 和 分别表示电网电压和逆变器的输出电压,X 表示逆变器与电网之间的连接电抗。从图9-8中可以看出,连接电抗上电压 为 和 的相量差。因此,改变逆变器的输出电压 的幅值及其相对于。 的相位,就可以改变连接电抗器上的电压和电流。;图9-9表示电流 超前或滞后于 时各个电压、电流之间的相量关系。从图9-9中可以看出, 和 同相,改变 的幅值大小可以控制逆变器是从电网吸收的电流是超前还是滞后90°,并且能够控制该电流的大小。;在上面的分析中,没有考虑系统中的损耗,如果将损耗等效为连接电抗器上的电阻,则工作相量图如图9-10所示。此时,由于损耗R 的存在, 、 和 三者之间有了夹角,从而导致了逆变器与电网之间的无功功率传递。;9.3.2 逆变器控制方法;4. 重复控制 重复控制是一种基于内模原理的控制方法,目的是为了消除非线性负载对逆变器输出的影