压缩空气储能系统优化运行控制方法与流程

1.本发明属于压缩空气储能技术领域，尤其涉及一种压缩空气储能系统优化运行控制方法。

背景技术：

2.随着电力事业的迅速发展，在传统能源的基础上大规模的新能源并入电网，而新能源发电的间隙性和波动性需要配备大量储能进行平抑，保证新能源的消纳。压缩空气储能有着容量大、污染小、寿命长等特点，是最具有发展空间的储能类型之一。

3.压缩空气储能系统包含储能耗电系统和释能发电系统，储能耗电系统在用电的低谷利用压缩机把空气加压到较高的压力后，经过冷却后存储到储气罐，释能发电系统在用电高峰把储气罐中的空气加热到一定温度后，送入空气膨胀机带动发电机向电网提供电能，其发电能量由两部分构成：储气罐压缩空气发电能量和蓄热罐热量发电能量，储气做功系统是压缩空气进入膨胀机内膨胀做功发电。蓄热做功系统是蓄热罐加热介质通过加热器对压缩空气加热，提高压缩空气进气温度热能做功发电。

4.现有技术中这两种发电能量在机组控制监测系统中无法直接监测，如不在发电过程中进行计算监测并优化控制，会出现储气发电能量消耗完毕必须停机而蓄热发电能量还剩余，或者蓄热发电能量消耗完毕必须停机而储气发电能量还剩余的情况。因此需要一种方法，达到发电过程中储气可用能量和蓄热可用能量等比例消耗完毕，在发电结束时储气可用能量和蓄热可用能量均为零，最大限度利用能量。

技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：提供一种压缩空气储能系统优化运行控制方法，以解决现有技术中这两种发电能量在机组控制监测系统中无法直接监测，如不在发电过程中进行计算监测并优化控制，会出现储气发电能量消耗完毕必须停机而蓄热发电能量还剩余，或者蓄热发电能量消耗完毕必须停机而储气发电能量还剩余等技术问题。本发明的技术方案是：

6.一种压缩空气储能系统优化运行控制方法，所述压缩空气储能系统为非补燃式压缩空气储能系统，所述控制方法包括：

7.它包括：

8.步骤1、确定储气发电最低压力和蓄热罐最低液位，计算储气和蓄热总可用发电能量；

9.步骤2、实时计算单位时间储气和蓄热系统能量消耗量；

10.步骤3、实时计算储气能量消耗系数kg和蓄热能量消耗系数kh；

11.步骤4、调节进气调节阀和换热调节阀，确保同时满足：储气能量消耗系数kg与蓄热能量消耗系数kh相等，膨胀发电机发电功率等于电网调度下达功率；这样保证机组储气能量消耗与蓄热能量消耗同比例下降，停机时储气剩余发电能量和蓄热剩余发电能量均为

零。

12.步骤1所述计算储气和蓄热总可用发电能量的方法为：

13.计算储气罐总可用发电能量：

14.apgu＝(((pgg-pgl)/pgl)*vg*ρg*(hgg-hge))

15.式中：apgu为储气罐总可用发电能量、pgg为开始发电时储气罐压力、pgl为储气罐最低做功压力、vg为储气罐容积、ρg为压缩空气密度、hgg为开始发电时储气罐空气压力、温度和绝对湿度对应的空气焓值、hge为末级膨胀机出口空气压力、温度和绝对湿度对应的焓值；

16.确定储气罐最低做功压力pgl的方法为：

[0017][0018]

式中：sg为进气调节阀开度、w为发电有功功率；

[0019]

当储气罐压力达到最低做功压力pgl时，储气做功能力为零，需停止系统运行；

[0020]

计算蓄热罐总可用发电能量：

[0021][0022]

式中：aptu为蓄热罐总可用发电能量、vu为加热介质可用体积容量、hte0为热泵出口加热介质压力和温度对应的热值、hte1.......hten为n级换热器出口加热介质对应的热值、ηi为i级换热器换热效率；

[0023]

加热介质可用体积容量vu的计算方法为根据蓄热罐开始发电时的液位lg减去最低运行液位l

l

，通过蓄热罐形状，进行计算；

[0024]

确定蓄热罐最低运行液位l

l

方法为：

[0025]

l

l

＝npsh；式中：npsh为热泵最低汽蚀余量，单位m；

[0026]

如蓄热罐为圆柱体形状，截面积半径为r，

[0027]

则：vu＝(π

×

r2)

×

(l

g-l

l

)

[0028]

当蓄热罐液位等于最低运行液位时，蓄热做功能力为零，需停止系统运行。

[0029]

步骤2所述实时计算单位时间储气和蓄热系统能量消耗量的方法为：

[0030]

数据采集单位时间根据机组控制系统采样周期和控制周期确定；实时计算单位时间储气系统能量消耗量：

[0031]

δapgu＝((pg2-pg1)/pg1)*v*ρg*(hgg-hge))

[0032]

pg1为当前时刻储气罐压力值；pg2为上一时刻储气罐压力值；

[0033]

实时计算单位时间蓄热系统能量消耗量：

[0034][0035]

vh1为当前蓄热罐加热介质容积；vh2为上一时刻蓄热罐加热介质容积。

[0036]

所述实时计算储气能量消耗系数kg和蓄热能量消耗系数kh的方法为：

[0037][0038]

式中kg为储气能量消耗系数；

[0039][0040]

式中kh为蓄热能量消耗系数。

[0041]

步骤4所述确保同时满足：储气能量消耗系数kg与蓄热能量消耗系数kh相等，膨胀发电机发电功率等于电网调度下达功率；这样保证机组储气能量消耗与蓄热能量消耗同比例下降，停机时储气剩余发电能量和蓄热剩余发电能量均为零的方法为：

[0042]

储气做功系统是压缩空气进入膨胀机做功。控制压缩空气进气调节阀开度sg，改变进入膨胀发电机内部的压缩空气质量流量mg，调节膨胀机压缩空气做功发电功率w

gu

[0043]wgu

＝mg×

(h

g-he)

[0044]

hg为当前储气罐空气压力、温度、绝对湿度对应的空气焓值、he为当前末级膨胀机出口空气压力、温度、绝对湿度对应的焓值；

[0045]

蓄热做功系统时通过对压缩空气加热，提高压缩空气进气温度，从而提高膨胀机做功能力；控制换热调节阀改变换热器换热介质质量流量mh，改变进入膨胀发电机内部的热量，调节膨胀机蓄热做功发电功率w

tu

[0046][0047]

hte0为热泵出口加热介质压力、温度对应的热值、hte1.......hten为n级换热器出口加热介质对应的热值、ηi为i级换热器换热效率；

[0048]

控制进气调节阀和换热调节阀控制的目标函数为：

[0049][0050]

w为膨胀发电机发电功率wc为电网调度下达发电功率。

[0051]

调节进气调节阀和换热调节阀的方法包括：

[0052]

步骤4.1、建立并实时更新机组优化运行参数数据库x(发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th、进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh)；

[0053]

步骤4.2、接受电网调度下达的发电功率值wc，根据机组运行参数数据库x(发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th、进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh)得到进气调节阀开度预设调节值sg＇、换热调节阀开度预设调节值sh＇，输出至调节系统；控制膨胀机进气调节阀开度sg＇，膨胀发电机增加或减少进气；控制换热调节阀开度sh，膨胀发电机增加/减少热量，最终发电机发电功率w变化；

[0054]

步骤4.3、进行储气能量消耗系数kg和蓄热能量消耗系数kh相等的调整；

[0055]

步骤4.4、进行发电机发电功率值w和电网调度下达的发电功率值wc相等的调整；

[0056]

步骤4.5、直至储气能量消耗系数kg和蓄热能量消耗系数kh相等、发电机发电功率值w和电网调度下达的发电功率值wc相等同时满足，调节结束。

[0057]

所述参数数据库的建立方法为：

[0058]

步骤4.1.1、在机组运行中实时采集当前时间刻度的一组数据，包括发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th、进气调节阀开度sg和换热调节阀开度sh；数据采集单位时间为1min或2min；

[0059]

步骤4.1.2、进行数据合理性判断，设置数据的合理值范围；采集的数据先与合理值范围进行比较，在合理范围内认为合格进行下一步比对，不在合理范围内认为数据不合格，该数据不采用；

[0060]

步骤4.1.3、将采集的数据进行历史比对，如数据库中没有同类数据直接录入；同类数据是指发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th相同时的进气调节阀开度sg和换热调节阀开度sh值；

[0061]

步骤4.1.4、数据库在机组运行中实时采集信号并更新，将采集到合格的信号数据与数据库内同类数据进行偏差比对，如大于偏差值认为数据不合格，该数据不采用；合格后的数据与已有同类数据进行加权平均后录入。

[0062]

步骤4.2中参数数据库x的调用方法为：根据电网调度下达的发电功率值wc，查找数据库中相应发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh，设置为进气调节阀开度预设调节值sg＇、换热调节阀开度预设调节值sh＇；当数据库中没有完全对应的数据时，依次按照查找顺序进行查找，当查找到对应数据后不再继续查找；所述查找顺序为：

[0063]

发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh；

[0064]

发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh；

[0065]

发电有功功率w、储气罐压力pg所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh；

[0066]

发电有功功率w所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh。

[0067]

步骤4.3所述进行储气能量消耗系数kg和蓄热能量消耗系数kh相等的调整的方法为：计算储气能量消耗系数kg和蓄热能量消耗系数kh，进行判断是否相等，如不相等，再进行储气能量消耗系数kg是否大于蓄热能量消耗系数kh判断，如储气能量消耗系数kg大于蓄热能量消耗系数kh，则增加开启进气调节阀开度sg，减小换热调节阀开度sh，如储气能量消耗系数kg小于蓄热能量消耗系数kh，则减小进气调节阀开度sg，增加换热调节阀开度sh。

[0068]

步骤4.4所述进行发电机发电功率值w和电网调度下达的发电功率值wc相等的调整的方法为：采集发电机发电功率值w，判断是否等于电网调度下达的发电功率值wc。如不相等，再进行发电机发电功率值w是否大于电网调度下达的发电功率值wc，如发电机发电功率值w大于电网调度下达的发电功率值wc，则同时减小进气调节阀开度sg和换热调节阀开度sh。如发电机发电功率值w小于电网调度下达的发电功率值wc，则增加进气调节阀开度sg和换热调节阀开度sh。

[0069]

本发明有益效果：

[0070]

本发明对压缩空气储能发电系统发电时分别计算储气/蓄热总可用发电能量，在

发电过程中实时监测发电系统参数，计算单位时间储气/蓄热系统能量消耗量，构建储气能量消耗系数和蓄热能量消耗系数，通过控制进气调节阀开度和换热调节阀开度，确保同时符合功率值和系数相等要求，保证储气发电能量和蓄热发电能量等比例利用，机组停机时储气剩余发电能量和蓄热剩余发电能量均为零，最大化利用系统能量。

[0071]

本发明优点：

[0072]

压缩空气储能发电系统发电时分别计算储气/蓄热总可用发电能量，在发电过程中实时监测发电系统参数，计算单位时间储气/蓄热系统能量消耗量。

[0073]

通过分别调节进气调节阀开度sg和换热调节阀开度sh，达到分别调整储气做功发电功率和蓄热做功发电功率的目的。

[0074]

构建储气能量消耗系数kg和蓄热能量消耗系数kh，直观监测发电系统中储气能量消耗和蓄热能量消耗的平衡状态。

[0075]

通过调整储气能量消耗系数等于蓄热能量消耗系数(kg＝kh)的控制，在满足电网调度功率控制的同时，达到储气做功能力和蓄热做功能力平均等比例下降，最终储气做功能力和蓄热做功能力同时到零，均利用完毕，达到运行优化控制的目的。

[0076]

确定优化控制相关参数，提出了优化运行参数数据库x(w、pg、tg、th、sg、sh)的建立和更新方法，为优化控制奠定基础。

[0077]

通过多层次数据库调用方法，设置最恰当的进气调节阀开度预设调节值sg＇、换热调节阀开度预设调节值sh＇，提高系统调节速度和精度。

附图说明

[0078]

图1为本发明具体实施方式调节流程示意图；

[0079]

图2为本发明硬件系统组成示意图。

具体实施方式

[0080]

本发明压缩空气储能系统膨胀发电见图2，包括：储气罐1，进气调节阀2，多级膨胀机3，发电机4，蓄热罐5，热泵6，多级换热器7，蓄冷罐(8，换热调节阀9；多级膨胀机包括首级膨胀机301、第二级膨胀机302，第三级膨胀机303，依次类推；多级换热器7包括首级换热器701、第二级换热器702、第三级换热器703，依次类推，数量与多级膨胀机一致。

[0081]

本系统为非补燃式压缩空气储能系统。储气罐储存高压压缩空气，经进气调节阀连接至首级换热器加热后，至多级膨胀机的首级膨胀机，压缩空气做功后从首级膨胀机排出，经第二级加热器加热后进入第二级膨胀机，依此类推，直至从末级膨胀机排出。多级加热器数量与多级膨胀机数量相等，布置在对应膨胀机进口。蓄热罐内存放加热介质，通过换热介质储存压缩阶段释放的热量，经热泵加压、换热调节阀后分别进入各级换热器加热压缩空气，换热介质冷却后进入蓄冷罐。高温高压的压缩空气进入膨胀机带动膨胀机旋转，膨胀机通过轴带动发电机旋转发电。

[0082]

改变进气调节阀开度，可以改变膨胀发电机的压缩空气进气量，从而改变膨胀做功发电能量，最终改变膨胀发电机的发电功率。

[0083]

改变换热调节阀开度，可以改变蓄热罐加热介质流量，从而改变进气温度热能做功发电能量，最终改变膨胀发电机的发电功率。

[0084]

本发明一种压缩空气储能发电系统优化运行控制方法，具体步骤如下：

[0085]

步骤1、确定储气发电最低压力和蓄热罐最低液位，计算储气/蓄热总可用发电能量

[0086]

计算储气罐总可用发电能量：

[0087]

apgu＝(((pgg-pgl)/pgl)*vg*ρg*(hgg-hge))

[0088]

式中：apgu-储气罐总可用发电能量、pgg-开始发电时储气罐压力、pgl-储气罐最低做功压力、vg-储气罐容积、ρg-压缩空气密度hgg-开始发电时储气罐空气压力、温度、绝对湿度对应的空气焓值、hge-末级膨胀机出口空气压力、温度、绝对湿度对应的焓值

[0089]

采用ashrae多项式维里方程确定hgg、hge。

[0090]

确定储气罐最低做功压力pgl的方法为满足以下条件：

[0091][0092]

式中：sg-进气调节阀开度、w-发电有功功率

[0093]

当储气罐压力达到最低做功压力pgl时，储气做功能力为零，需停止系统运行。

[0094]

计算蓄热罐总可用发电能量：

[0095][0096]

式中：aptu-蓄热罐总可用发电能量、vu-加热介质可用体积容量、hte0-热泵出口加热介质压力、温度对应的热值、hte1.......hten-n级换热器出口加热介质对应的热值、η

i-i级换热器换热效率

[0097]

可用加热介质体积容量vu的计算方法为根据蓄热罐开始发电时的液位lg减去最低液位ll，通过蓄热罐形状，进行计算。

[0098]

确定蓄热罐最低运行液位l

l

方法为：

[0099]

l

l

＝npsh

[0100]

式中：npsh-热泵最低汽蚀余量，单位m。

[0101]

如蓄热罐为圆柱体形状，截面积半径为r，则：

[0102]vu

＝(π

×

r2)

×

(l

g-l

l

)

[0103]

当蓄热罐液位等于最低运行液位时，蓄热做功能力为零，需停止系统运行。因为压缩空气没有换热介质加热，温度将迅速下降至限制停机值。

[0104]

步骤2、实时计算单位时间储气/蓄热系统能量消耗量

[0105]

数据采集单位时间为1min或2min，根据机组控制系统采样周期和控制周期确定。

[0106]

实时计算单位时间储气系统能量消耗量

[0107]

δapgu＝((pg2-pg1)/pg1)*v*ρg*(hgg-hge))

[0108]

pg

1-当前时刻储气罐压力值pg

2-上一时刻储气罐压力值

[0109]

实时计算单位时间蓄热系统能量消耗量

[0110][0111]

vh1-当前蓄热罐加热介质容积vh2-上一时刻蓄热罐加热介质容积

[0112]

步骤3、实时计算储气能量消耗系数kg和蓄热能量消耗系数kh[0113][0114]

式中：k

g-储气能量消耗系数

[0115][0116]

式中：k

h-蓄热能量消耗系数

[0117]

步骤4、控制进气调节阀和换热调节阀，确保同时满足两个条件:储气能量消耗系数kg与蓄热能量消耗系数kh相等，膨胀发电机发电功率等于电网调度下达功率。这样保证机组储气能量消耗与蓄热能量消耗同比例下降，停机时储气剩余发电能量和蓄热剩余发电能量均为零，最大化利用系统能量。

[0118]

储气做功系统是压缩空气进入膨胀机做功。控制压缩空气进气调节阀开度sg，改变进入膨胀发电机内部的压缩空气质量流量mg，调节膨胀机压缩空气做功发电功率w

gu

。

[0119]wgu

＝mg×

(h

g-he)

[0120]

hg-当前储气罐空气压力、温度、绝对湿度对应的空气焓值、he-当前末级膨胀机出口空气压力、温度、绝对湿度对应的焓值

[0121]

蓄热做功系统时通过对压缩空气加热，提高压缩空气进气温度，从而提高膨胀机做功能力。控制换热调节阀改变换热器换热介质质量流量mh，改变进入膨胀发电机内部的热量，调节膨胀机蓄热做功发电功率w

tu

。

[0122][0123]

hte0-热泵出口加热介质压力、温度对应的热值、hte1.......hten-n级换热器出口加热介质对应的热值、η

i-i级换热器换热效率

[0124]

控制进气调节阀和换热调节阀控制的目标函数为：

[0125][0126]

w-膨胀发电机发电功率wc-电网调度下达发电功率

[0127]

达到储气可用容量和蓄热可用能量均消耗完毕，最大限度能量利用的目的。

[0128]

如图1所示，控制进气调节阀和换热调节阀时，具体调节方法为：

[0129]

步骤4.1、建立并实时更新机组优化运行参数数据库x(w、pg、tg、th、sg、sh)。

[0130]

数据库建立方法：在机组运行中实时采集当前时间刻度的一组数据，包括发电有

功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th、进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh。

[0131]

数据采集单位时间为1min或2min，根据机组控制系统采样周期和控制周期确定。

[0132]

首先进行数据合理性判断，设置数据的合理值范围：

[0133]

发电有功功率w合理范围为：(0，最大发电功率wmax)，最大发电功率wmax设置为膨胀发电机最大发电功率值。

[0134]

储气罐压力pg合理范围为：(0，储气罐最高压力值pg max)，储气罐最高压力值pg max设置为储气罐设计最高压力值。

[0135]

储气罐温度tg合理范围为：(储气罐最低温度值tg min，储气罐最高温度值tg max)，储气罐最低温度值tg min设置为储气罐材质所能承受的最低温度，储气罐最高温度值tg max设置为储气罐设计最高温度值。

[0136]

蓄热罐温度th合理范围为：(蓄热罐最低温度值th min，蓄热罐最高温度值th max)，蓄热罐最低温度值th min设置为蓄热罐材质所能承受的最低温度，蓄热罐最高温度值th max设置为蓄热罐设计最高温度值。

[0137]

进气调节阀开度sg合理范围为：(0,100％)

[0138]

换热调节阀开度sh合理范围为：(0,100％)

[0139]

采集的数据先与合理值范围进行比较，在合理范围内认为合格进行下一步比对，不在合理范围内认为数据不合格，该数据不采用。

[0140]

采集的数据先进行历史比对，如数据库中没有同类数据直接录入。

[0141]

同类数据是指发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th相同时的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh值。

[0142]

数据库在机组运行中实时采集信号并更新，将经过步骤1采集到合格的信号数据与数据库内同类数据进行偏差比对，如大于偏差值认为数据不合格，该数据不采用。合格后的数据与已有同类数据进行加权平均后录入。

[0143]

同类数据是指发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th相同时的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh值。

[0144]

偏差值由人工设定，可以是绝对值或相对值。

[0145]

步骤4.2、接受电网调度下达的发电功率值wc，根据机组运行参数数据库x(发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th、进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh)，得到进气调节阀开度预设调节值sg＇、换热调节阀开度预设调节值sh＇，输出至调节系统。控制膨胀机进气调节阀开度sg＇，膨胀发电机增加/减少进气；控制换热调节阀开度sh，膨胀发电机增加/减少热量，最终发电机发电功率w变化。

[0146]

数据库调用方法；根据电网调度下达的发电功率值wc，查找数据库中相应发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh，设置为进气调节阀开度预设调节值sg＇、换热调节阀开度预设调节值sh＇。

[0147]

当数据库中没有完全对应的数据时，依次按照以下顺序进行查找，当查找到对应数据后不再继续查找：

[0148]

1发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh

[0149]

2发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh

[0150]

3发电有功功率w、储气罐压力pg所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh

[0151]

4发电有功功率w所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh

[0152]

步骤4.3、进行储气能量消耗系数kg和蓄热能量消耗系数kh相等的调整。

[0153]

计算储气能量消耗系数kg和蓄热能量消耗系数kh，进行判断是否相等，如不相等，再进行储气能量消耗系数kg是否大于蓄热能量消耗系数kh判断，如储气能量消耗系数kg大于蓄热能量消耗系数kh，则增加开启进气调节阀开度sg，减小换热调节阀开度sh，如储气能量消耗系数kg小于蓄热能量消耗系数kh，则减小进气调节阀开度sg，增加换热调节阀开度sh。

[0154]

每次调整(增加/减少)进气调节阀开度sg的幅值为调节系统最小调节精度，因为进气调节阀开度已经通过预设开度sg＇进行了调整。

[0155]

每次调整(增加/减少)换热调节阀开度sh的幅值为调节系统最小调节精度，因为换热调节阀开度已经通过预设开度sh＇进行了调整。

[0156]

直至储气能量消耗系数kg等于蓄热能量消耗系数kh。

[0157]

步骤4.4、进行发电机发电功率值w和电网调度下达的发电功率值wc相等的调整。

[0158]

采集发电机发电功率值w，判断是否等于电网调度下达的发电功率值wc。如不相等，再进行发电机发电功率值w是否大于电网调度下达的发电功率值wc，如发电机发电功率值w大于电网调度下达的发电功率值wc，则同时减小进气调节阀开度sg和换热调节阀开度sh。如发电机发电功率值w小于电网调度下达的发电功率值wc，则增加进气调节阀开度sg和换热调节阀开度sh。

[0159]

每次调整(增加/减少)进气调节阀开度sg的幅值为调节系统最小调节精度，因为进气调节阀开度已经通过预设开度sg＇进行了调整。

[0160]

每次调整(增加/减少)换热调节阀开度sh的幅值为调节系统最小调节精度，因为换热调节阀开度已经通过预设开度sh＇进行了调整。

[0161]

调整进气调节阀开度sg和换热调节阀开度sh后，再次进行第三步，储气能量消耗系数kg和蓄热能量消耗系数kh相等的调整。

[0162]

步骤4.5、直至储气能量消耗系数kg和蓄热能量消耗系数kh相等、发电机发电功率值w和电网调度下达的发电功率值wc相等同时满足，调节结束。

[0163]

本发明优点：

[0164]

1)膨胀发电系统发电能量为储气罐压缩空气发电能量加上蓄热罐热量发电能量。通过构建储气能量消耗系数kg和蓄热能量消耗系数kh，反映系统能量消耗情况，直观监测发电系统中储气能量消耗和蓄热消耗的平衡状态。

[0165]

2)通过分别调节进气调节阀开度sg和换热调节阀开度sh，达到分别调整储气做功功率和蓄热做功功率的目的。

[0166]

3)设置目标函数:

[0167]

[0168]

在满足电网调度功率控制的同时，通过储气能量消耗系数kg等于蓄热能量消耗系数kh，合理分配储气发电能量和蓄热发电能量，达到最大化利用能量的目的。

[0169]

4)提出了优化运行参数数据库x(w、pg、tg、th、sg、sh)的建立和更新方法，确定优化控制相关参数，为优化控制奠定基础。

[0170]

5)通过多层次数据库调用方法，设置最恰当的进气调节阀开度预设调节值sg＇、换热调节阀开度预设调节值sh＇，提高系统调节速度和精度。

[0171]

6)本发明适用于非补燃式压缩空气储能系统。技术特征：

1.一种压缩空气储能系统优化运行控制方法，其特征在于：所述压缩空气储能系统为非补燃式压缩空气储能系统，所述控制方法包括：步骤1、确定储气发电最低压力和蓄热罐最低液位，计算储气和蓄热总可用发电能量；步骤2、实时计算单位时间储气和蓄热系统能量消耗量；步骤3、实时计算储气能量消耗系数k

g

和蓄热能量消耗系数k

h

；步骤4、调节进气调节阀和换热调节阀，确保同时满足：储气能量消耗系数k

g

与蓄热能量消耗系数k

h

相等，膨胀发电机发电功率等于电网调度下达功率；这样保证机组储气能量消耗与蓄热能量消耗同比例下降，停机时储气剩余发电能量和蓄热剩余发电能量均为零。2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统优化运行控制方法，其特征在于：步骤1所述计算储气和蓄热总可用发电能量的方法为：计算储气罐总可用发电能量：apgu＝(((pgg-pgl)/pgl)*vg*ρg*(hgg-hge))式中：apgu为储气罐总可用发电能量、pgg为开始发电时储气罐压力、pgl为储气罐最低做功压力、vg为储气罐容积、ρg为压缩空气密度、hgg为开始发电时储气罐空气压力、温度和绝对湿度对应的空气焓值、hge为末级膨胀机出口空气压力、温度和绝对湿度对应的焓值；确定储气罐最低做功压力pgl的方法为：式中：sg为进气调节阀开度、w为发电有功功率；当储气罐压力达到最低做功压力pgl时，储气做功能力为零，需停止系统运行；计算蓄热罐总可用发电能量：式中：aptu为蓄热罐总可用发电能量、vu为加热介质可用体积容量、hte0为热泵出口加热介质压力和温度对应的热值、hte1.......hten为n级换热器出口加热介质对应的热值、η

i

为i级换热器换热效率；加热介质可用体积容量vu的计算方法为根据蓄热罐开始发电时的液位lg减去最低运行液位l

l

，通过蓄热罐形状，进行计算；确定蓄热罐最低运行液位l

l

方法为：l

l

＝npsh；式中：npsh为热泵最低汽蚀余量，单位m；如蓄热罐为圆柱体形状，截面积半径为r，则：v

u

＝(π

×

r2)

×

(l

g-l

l

)当蓄热罐液位等于最低运行液位时，蓄热做功能力为零，需停止系统运行。3.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统优化运行控制方法，其特征在于：步骤2所述实时计算单位时间储气和蓄热系统能量消耗量的方法为：数据采集单位时间根据机组控制系统采样周期和控制周期确定；实时计算单位时间储气系统能量消耗量：

δapgu＝((pg2-pg1)/pg1)*v*ρg*(hgg-hge))pg1为当前时刻储气罐压力值；pg2为上一时刻储气罐压力值；实时计算单位时间蓄热系统能量消耗量：vh1为当前蓄热罐加热介质容积；vh2为上一时刻蓄热罐加热介质容积。4.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统优化运行控制方法，其特征在于：所述实时计算储气能量消耗系数k

g

和蓄热能量消耗系数k

h

的方法为：式中k

g

为储气能量消耗系数；式中k

h

为蓄热能量消耗系数。5.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统优化运行控制方法，其特征在于：步骤4所述确保同时满足：储气能量消耗系数k

g

与蓄热能量消耗系数k

h

相等，膨胀发电机发电功率等于电网调度下达功率；这样保证机组储气能量消耗与蓄热能量消耗同比例下降，停机时储气剩余发电能量和蓄热剩余发电能量均为零的方法为：储气做功系统是压缩空气进入膨胀机做功。控制压缩空气进气调节阀开度sg，改变进入膨胀发电机内部的压缩空气质量流量m

g

，调节膨胀机压缩空气做功发电功率w

gu

w

gu

＝m

g

×

(h

g-h

e

)hg为当前储气罐空气压力、温度、绝对湿度对应的空气焓值、he为当前末级膨胀机出口空气压力、温度、绝对湿度对应的焓值；蓄热做功系统时通过对压缩空气加热，提高压缩空气进气温度，从而提高膨胀机做功能力；控制换热调节阀改变换热器换热介质质量流量m

h

，改变进入膨胀发电机内部的热量，调节膨胀机蓄热做功发电功率w

tu

hte0为热泵出口加热介质压力、温度对应的热值、hte1.......hten为n级换热器出口加热介质对应的热值、η

i

为i级换热器换热效率；控制进气调节阀和换热调节阀控制的目标函数为：w为膨胀发电机发电功率wc为电网调度下达发电功率。

6.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能系统优化运行控制方法，其特征在于：调节进气调节阀和换热调节阀的方法包括：步骤4.1、建立并实时更新机组优化运行参数数据库x(发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th、进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh)；步骤4.2、接受电网调度下达的发电功率值wc，根据机组运行参数数据库x(发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th、进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh)得到进气调节阀开度预设调节值sg＇、换热调节阀开度预设调节值sh＇，输出至调节系统；控制膨胀机进气调节阀开度sg＇，膨胀发电机增加或减少进气；控制换热调节阀开度sh，膨胀发电机增加/减少热量，最终发电机发电功率w变化；步骤4.3、进行储气能量消耗系数k

g

和蓄热能量消耗系数k

h

相等的调整；步骤4.4、进行发电机发电功率值w和电网调度下达的发电功率值wc相等的调整；步骤4.5、直至储气能量消耗系数k

g

和蓄热能量消耗系数k

h

相等、发电机发电功率值w和电网调度下达的发电功率值wc相等同时满足，调节结束。7.根据权利要求6所述的一种压缩空气储能系统优化运行控制方法，其特征在于：所述参数数据库的建立方法为：步骤4.1.1、在机组运行中实时采集当前时间刻度的一组数据，包括发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th、进气调节阀开度sg和换热调节阀开度sh；数据采集单位时间为1min或2min；步骤4.1.2、进行数据合理性判断，设置数据的合理值范围；采集的数据先与合理值范围进行比较，在合理范围内认为合格进行下一步比对，不在合理范围内认为数据不合格，该数据不采用；步骤4.1.3、将采集的数据进行历史比对，如数据库中没有同类数据直接录入；同类数据是指发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th相同时的进气调节阀开度sg和换热调节阀开度sh值；步骤4.1.4、数据库在机组运行中实时采集信号并更新，将采集到合格的信号数据与数据库内同类数据进行偏差比对，如大于偏差值认为数据不合格，该数据不采用；合格后的数据与已有同类数据进行加权平均后录入。8.根据权利要求6所述的一种压缩空气储能系统优化运行控制方法，其特征在于：步骤4.2中参数数据库x的调用方法为：根据电网调度下达的发电功率值wc，查找数据库中相应发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh，设置为进气调节阀开度预设调节值sg＇、换热调节阀开度预设调节值sh＇；当数据库中没有完全对应的数据时，依次按照查找顺序进行查找，当查找到对应数据后不再继续查找；所述查找顺序为：发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg、蓄热罐温度th所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh；发电有功功率w、储气罐压力pg、储气罐温度tg所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh；发电有功功率w、储气罐压力pg所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh；发电有功功率w所对应的进气调节阀开度sg、换热调节阀开度sh。

9.根据权利要求6所述的一种压缩空气储能系统优化运行控制方法，其特征在于：步骤4.3所述进行储气能量消耗系数k

g

和蓄热能量消耗系数k

h

相等的调整的方法为：计算储气能量消耗系数k

g

和蓄热能量消耗系数k

h

，进行判断是否相等，如不相等，再进行储气能量消耗系数k

g

是否大于蓄热能量消耗系数k

h

判断，如储气能量消耗系数k

g

大于蓄热能量消耗系数k

h

，则增加开启进气调节阀开度sg，减小换热调节阀开度sh，如储气能量消耗系数k

g

小于蓄热能量消耗系数k

h

，则减小进气调节阀开度sg，增加换热调节阀开度sh。10.根据权利要求6所述的一种压缩空气储能系统优化运行控制方法，其特征在于：步骤4.4所述进行发电机发电功率值w和电网调度下达的发电功率值wc相等的调整的方法为：采集发电机发电功率值w，判断是否等于电网调度下达的发电功率值wc。如不相等，再进行发电机发电功率值w是否大于电网调度下达的发电功率值wc，如发电机发电功率值w大于电网调度下达的发电功率值wc，则同时减小进气调节阀开度sg和换热调节阀开度sh。如发电机发电功率值w小于电网调度下达的发电功率值wc，则增加进气调节阀开度sg和换热调节阀开度sh。

技术总结

本发明公开了一种压缩空气储能系统优化运行控制方法，所述压缩空气储能系统为非补燃式压缩空气储能系统，所述控制方法包括：确定储气发电最低压力和蓄热罐最低液位，计算储气和蓄热总可用发电能量；实时计算单位时间储气和蓄热系统能量消耗量；实时计算储气能量消耗系数和蓄热能量消耗系数；调节进气调节阀和换热调节阀，保证机组储气能量消耗与蓄热能量消耗同比例下降，停机时储气剩余发电能量和蓄热剩余发电能量均为零；解决了现有技术中压缩空气储能系统会出现储气发电能量消耗完毕必须停机而蓄热发电能量还剩余，或者蓄热发电能量消耗完毕必须停机而储气发电能量还剩余等不能最大化利用能量的技术问题。能最大化利用能量的技术问题。能最大化利用能量的技术问题。

技术研发人员：文贤馗 钟晶亮 杨大慧 冯庭勇 邓彤天 周科 张世海 李翔 王文强 王锁斌 姜延灿 李枝林

受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司

技术研发日：2022.03.03

技术公布日：2022/5/30