【摘要】：傳統(tǒng)能源在資源和環(huán)境的壓力下,發(fā)展受到限制,新能源技術在時代要求和政策支持下,迅猛發(fā)展。隨著可再生能源在電力系統(tǒng)中的占比越來越大,儲能技術隨之逐步發(fā)展更新,先進儲能技術已成為調(diào)峰調(diào)頻、構建智能電網(wǎng)以及保障間歇式新能源入網(wǎng)的關鍵核心技術,在電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配、用四大環(huán)節(jié)發(fā)揮著巨大的作用。不同的運用場景對儲能裝置需求不同,需要儲能技術多元化發(fā)展。機械彈性儲能是一種新型物理儲能技術,有自己的特點和優(yōu)勢。本文從儲能材料選型及力學性能實驗、儲能箱機械裝配結構優(yōu)化設計及物性關系特性、串聯(lián)聯(lián)動式儲能箱組安裝調(diào)試技術、儲能優(yōu)化控制技術、發(fā)電自適應調(diào)速及并網(wǎng)控制技術、動作邏輯保護及監(jiān)測控制系統(tǒng)設計等方面展開了研究,并集成相關技術成果成功研制了 10 kW機械彈性儲能實驗性樣機。論文的主要工作與創(chuàng)新點如下:(1)針對新型復合儲能材料和儲能箱組機械結構,通過實驗測試和理論分析,建立了儲能箱組物性關系數(shù)學模型。首先通過對比分析,選取了玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂片為儲能元件材料,并通過實驗測試了其力學性能。其次設計了儲能元件模塊化封裝結構,儲能箱推拉式裝配方式,并基于儲能箱模塊化-推拉式機械裝配技術,設計了新型串聯(lián)聯(lián)動式儲能箱組,分析了其運行動作過程,并建立了其物性關系模型,通過該模型闡述了新型儲能箱組運行功率和儲能容量自由配置的理論方法。最后基于理論研究成果,成果研制了基于新型復合材料的串聯(lián)聯(lián)動式機械彈性儲能箱組樣機,測試了其串聯(lián)聯(lián)動運行性能,效果良好。(2)針對儲能過程中機械彈性儲能箱組參數(shù)時變特性,提出了一種帶參數(shù)辨識的永磁同步電動機反推SVM-DTC控制方法。儲能過程中永磁同步電機負載轉矩和轉動慣量連續(xù)變化,情況復雜,需要一種能夠快速跟蹤其變化且抗干擾能力較強的控制系統(tǒng)。直接轉矩控制響應快,能快速跟蹤儲能箱組反轉矩,結合反推自適應控制算法,可以使其有較好的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能。首先采用遺忘因子遞推最小二乘算法辨識儲能箱組轉矩和轉動慣量,實時更新控制對象參數(shù),結合辨識結果設計了轉角,轉速,轉矩和磁鏈反推控制器并最終得到定子電壓在兩相靜止坐標系下的分量,同時設計轉矩和轉動慣量誤差自適應控制器消除辨識誤差對控制性能的影響,進一步應用電壓空間矢量調(diào)制方法產(chǎn)生頻率恒定的開關信號,控制逆變器運行。實驗結果表明永磁同步電機輸出轉矩能夠快速跟蹤儲能箱組反轉矩,且能夠有效抑制儲能箱組轉動慣量變化造成的不良影響,電機轉速轉矩脈動較小,機組儲能過程平穩(wěn)。(3)針對發(fā)電過程中機械彈性儲能機組運行特性和控制目標,提出了一種永磁同步發(fā)電機參數(shù)自適應調(diào)速及并網(wǎng)控制方法。機械彈性儲能機組發(fā)電過程由聯(lián)動式儲能箱組驅(qū)動機組發(fā)電側永磁同步發(fā)電機完成,儲能箱組由大型平面渦簧封裝單元集成,運行時受到諸多因素干擾,特性復雜,需要一種強魯棒性控制算法。針對此問題,設計了一種參數(shù)自適應調(diào)速控制算法運用于機械彈性儲能機組永磁同步發(fā)電機運行控制中,該方法通過構造特殊的Lyapunov函數(shù),在永磁同步發(fā)電機矢量控制模型上設計了轉矩轉動慣量自適應控制律。同時為了改善機組并網(wǎng)性能,設計了機組并網(wǎng)反推控制算法,為實現(xiàn)儲能機組最大出力,可設定并網(wǎng)無功功率為零,從而實現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)控制,能有效減小機側變流器容量。實驗結果表明,此控制方法適用于機械彈性發(fā)電過程,能有效提升機組性能,機組發(fā)電并網(wǎng)過程能夠平穩(wěn)高效運行。(4)根據(jù)機械彈性儲能機組運行動作方式及功能和保護需求,設計開發(fā)完成了機組邏輯保護與監(jiān)測控制系統(tǒng)�；赑LC軟硬件裝置,設計開發(fā)了包括機組部件使能邏輯保護、機組運行動作邏輯保護、機組運行狀態(tài)顯示保護在內(nèi)的邏輯保護程序,從多個方面、多個層次保證了機組能夠按照設計方案步驟依次動作運行,能有效提高機組的安全性能。基于LabVIEW軟件,設計了機組監(jiān)測控制系統(tǒng),該監(jiān)控系統(tǒng)包括主界面、硬件配置、監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示、儲能波形圖、發(fā)電波形圖、電表波形圖5個分界面。機組通信配置、儲能參數(shù)設置及指令下達、儲能數(shù)據(jù)實時監(jiān)控及波形顯示、發(fā)電參數(shù)設置及指令下達、發(fā)電數(shù)據(jù)實時監(jiān)控及波形顯示等,均通過可以該監(jiān)控系統(tǒng)進行。邏輯保護系統(tǒng)和監(jiān)測控制系統(tǒng)共同構成了機械彈性儲能機組上層控制系統(tǒng),是整個機組的控制中樞。(5)集成以上研究成果,研制了 10kW機械彈性儲能機組實驗性樣機并進行了實驗驗證。按照轉速指定和功率指定兩種運行方式進行了多組對比實驗,驗證了所提控制方法的先進性和控制系統(tǒng)的有效性。根據(jù)實驗結果分析了不同運行方式下的機組效率,并結合機械彈性儲能技術的特點探討了該儲能技術的適用場合。
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM341
【圖文】：

游水庫把能量存儲為水的勢能；需要釋放能量時，通過水輪機驅(qū)動發(fā)電機，使水逡逑返回下游水庫。ＰＥＳ通常包括：上游水庫、水道、水錄、水輪機、電動機、發(fā)電逡逑機和下游水庫等，如圖１－２所示。逡逑Ｉ電動機／發(fā)電機邐上焌庫逡逑輸送至負載邐逡逑下游水庫逡逑圖１－２抽水蓄能發(fā)電站結構逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＰＥＳ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑ＰＥＳ電站要比火電站優(yōu)越，也比其它常規(guī)水電站有更重要的作用，主要可以逡逑歸結為以下幾點：逡逑（１）

機械結構設計，機組裝配、聯(lián)動裝置運行調(diào)試方法；機組物性關系建模；機組儲逡逑能和發(fā)電運行控制及變流器并網(wǎng)控制技術：保護系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)設計等。逡逑ＭＥＥＳ機組結構如圖１－４所示，主要包括四大部分：聯(lián)動式儲能箱組、儲能逡逑控制系統(tǒng)、發(fā)電控制系統(tǒng)以及邏輯保護與監(jiān)測控制系統(tǒng)。其中儲能控制系統(tǒng)包括逡逑永磁同步電動機（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ邋Ｍａｇｎｅｔ邋Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ邋Ｍｏｔｏｒ，ＰＭＳＭ）、儲能控制器、逡逑減速齒輪箱、傳感器以及電磁制動器等；發(fā)電控制系統(tǒng)包括永磁同步發(fā)電機逡逑７逡逑

第１章緒論逡逑儲能箱組機械聯(lián)動結構的合理與否直接決定了機組性能。文獻［１５］提出了一種逡逑“手拉手”儲能箱組機械聯(lián)動結構，如圖１－５所示，理論上在忽略摩擦的情況下逡逑可以無限增加串聯(lián)聯(lián)動儲能箱個數(shù)，極大提升了機組儲能容量，并且可以改善儲逡逑能機組輸入輸出特性。逡逑｜邋＾ｗ．ｍ＼邋。法＠箱２邋Ｉ邐ｉ釋能[紓沖澹麇澹⒛芟洌村澹殄義希殄澹В停裕歟裕戾澹蟈澹懾澹裕戾澹殄危殄澹潁簦裕歟裕裕懾澹懾澹桑桑桑″澹保保卞澹殄義希櫻裕渝危危櫻裕渝義希懾危懾澹懾危懾義賢跡保靛濉笆擲幀被盜⒛芟渥榻峁故疽饌煎義希疲椋紓澹保靛澹櫻簦潁酰悖簦酰潁邋澹洌椋幔紓潁幔礤澹媯錚蟈澹ⅲ瑁幔睿溴澹椋鑠澹瑁幔睿洌㈠澹恚澹悖瑁幔睿椋悖幔戾澹歟椋睿耄幔紓邋澹澹睿澹潁紓澹螅簦錚潁幔紓邋澹猓錚澹紓潁錚酰皰義仙賢即⒛芟渥榛盜峁褂瀉芏嗤懷齙撓諾�，但仍存哉浕些问题：辶x希ǎ保╁危櫻裕雍痛⒛芟湎涮迨且惶寤滄暗模櫻裕恿蕉酥苯庸潭ㄔ詿⒛芟淶男懼義現(xiàn)岷拖涮迥詒諫�，窚\２環(huán)獎閿詘滄昂臀蕖ｅ義希ǎ玻

本文編號：2748598