【摘要】：由于化石能源的枯竭和日益嚴重的環(huán)境污染問題,清潔環(huán)保的可再生能源日益受到關注,風能作為一種取之不盡的可再生能源,得到了廣泛的研究與應用。然而,風力資源存在產(chǎn)能不穩(wěn)定的問題,使得風力發(fā)電系統(tǒng)中存在著較大的電能波動。眾所周知,儲能是解決風能波動性和間歇性的有效手段,相較于蓄電池、超級電容、抽水蓄能以及飛輪等儲能方式,壓縮空氣儲能方式有著成本較低、壽命長、污染較小以及能量轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)勢。本文以山東大學提出的新型微型壓縮空氣儲能系統(tǒng)作為研究對象,對系統(tǒng)運行中模式切換帶來的動態(tài)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制問題開展分析與研究。相對于傳統(tǒng)的風力壓縮空氣儲能結(jié)構(gòu),本文提出的新系統(tǒng)采用了機械壓縮與電壓縮相互切換的混合壓縮儲能方式。其中機械壓縮儲能方式可以減少系統(tǒng)中能量的轉(zhuǎn)化次數(shù),從而有效降低系統(tǒng)中能量的損失,對提高系統(tǒng)的整體運行效率有顯著的效果。本文首先分析了系統(tǒng)中壓縮儲能的兩種控制方法,并介紹了系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu),搭建了仿真模型,并設計了系統(tǒng)控制器、變頻器和CAN控制等軟硬件設備。針對系統(tǒng)機械壓縮預同步控制存在的問題做了相應試驗,得到了機械壓縮切合控制在系統(tǒng)不同運行情況下的轉(zhuǎn)矩變化特性,為后續(xù)研究奠定了實踐基礎。基于系統(tǒng)的電機控制需求分析其運行及控制要求,設計了系統(tǒng)中永磁同步電機的轉(zhuǎn)速預測控制,并分析了預測控制在系統(tǒng)中永磁同步電機控制中的優(yōu)勢。在微型壓縮空氣儲能系統(tǒng)機械壓縮的動態(tài)協(xié)調(diào)控制部分,首先通過仿真分析了機械壓縮過程儲能電機預同步控制的切換特性,對切換流程及其切換過程的轉(zhuǎn)矩變化做了仿真及分析。然后針對該系統(tǒng)機械壓縮切換過程做了優(yōu)化控制仿真,減小了系統(tǒng)模式切換時的機械沖擊,使切換轉(zhuǎn)矩能夠平緩過渡。最后,搭建了微型壓縮空氣儲能系統(tǒng)機械壓縮切換試驗平臺,通過試驗研究驗證了本文提出方法的有效性,為微型壓縮空氣儲能系統(tǒng)的優(yōu)化運行控制與進一步的實用化奠定基礎。
【圖文】：

于是在總結(jié)以上壓縮儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)后，課題組借鑒結(jié)構(gòu)－控制一體化思想，逡逑利用機械結(jié)構(gòu)的齒輪增速裝置以及離合器耦合控制結(jié)構(gòu)，將機械耦合壓縮模式與逡逑電耦合壓縮模式相結(jié)合，形成了一種混合的壓縮空氣儲能新結(jié)構(gòu)。如下圖１－２所逡逑示為新型機電耦合控制的微型風力壓縮空氣儲能結(jié)構(gòu)。逡逑ｋ邐發(fā)電機邐電磁邋儲能電機邋渦旋機逡逑—１變頻器￣子￣｜變頻器ｐ—逡逑ｐ邋—１直流＿母線１逡逑圖１－２新型機電混合控制的微型壓縮空氣儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖逡逑在新結(jié)構(gòu)中，又加入了不同于傳統(tǒng)電壓縮儲能方式的機械壓縮儲能方式。在逡逑新系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中又加入了電磁離合器來對系統(tǒng)進行改進，這使得系統(tǒng)中的壓縮儲逡逑能結(jié)構(gòu)變得會更加復雜。在這兩種壓縮儲能控制方式相互切換時，為保證系統(tǒng)能逡逑夠穩(wěn)定的運行，，系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩要盡量實現(xiàn)平滑過渡。因此我們就需要對系統(tǒng)的控逡逑２逡逑

圖２－１微型壓縮空氣儲能系統(tǒng)機械壓縮能量流動圖逡逑系統(tǒng)的電壓縮儲能是將系統(tǒng)發(fā)電機產(chǎn)生的電能用于儲能電機帶動壓縮機進逡逑行壓縮儲能，壓縮過程能量流動環(huán)節(jié)較多，但是其控制較為簡單。如下圖２－２所逡逑示為微型壓縮空氣儲能系統(tǒng)電壓縮能量流動圖。逡逑８逡逑
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK89;TM614

【參考文獻】

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本文編號：2697861