【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(shù)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(shù)隨之逐步發(fā)展更新,先進(jìn)儲能技術(shù)已成為調(diào)峰調(diào)頻、構(gòu)建智能電網(wǎng)以及保障間歇式新能源入網(wǎng)的關(guān)鍵核心技術(shù),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(yùn)用場景對儲能裝置需求不同,需要儲能技術(shù)多元化發(fā)展。機(jī)械彈性儲能是一種新型物理儲能技術(shù),有自己的特點(diǎn)和優(yōu)勢。本文從儲能材料選型及力學(xué)性能實驗、儲能箱機(jī)械裝配結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及物性關(guān)系特性、串聯(lián)聯(lián)動式儲能箱組安裝調(diào)試技術(shù)、儲能優(yōu)化控制技術(shù)、發(fā)電自適應(yīng)調(diào)速及并網(wǎng)控制技術(shù)、動作邏輯保護(hù)及監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計等方面展開了研究,并集成相關(guān)技術(shù)成果成功研制了 10 kW機(jī)械彈性儲能實驗性樣機(jī)。論文的主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)針對新型復(fù)合儲能材料和儲能箱組機(jī)械結(jié)構(gòu),通過實驗測試和理論分析,建立了儲能箱組物性關(guān)系數(shù)學(xué)模型。首先通過對比分析,選取了玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂片為儲能元件材料,并通過實驗測試了其力學(xué)性能。其次設(shè)計了儲能元件模塊化封裝結(jié)構(gòu),儲能箱推拉式裝配方式,并基于儲能箱模塊化-推拉式機(jī)械裝配技術(shù),設(shè)計了新型串聯(lián)聯(lián)動式儲能箱組,分析了其運(yùn)行動作過程,并建立了其物性關(guān)系模型,通過該模型闡述了新型儲能箱組運(yùn)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(fù)合材料的串聯(lián)聯(lián)動式機(jī)械彈性儲能箱組樣機(jī),測試了其串聯(lián)聯(lián)動運(yùn)行性能,效果良好。(2)針對儲能過程中機(jī)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(jī)反推SVM-DTC控制方法。儲能過程中永磁同步電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量連續(xù)變化,情況復(fù)雜,需要一種能夠快速跟蹤其變化且抗干擾能力較強(qiáng)的控制系統(tǒng)。直接轉(zhuǎn)矩控制響應(yīng)快,能快速跟蹤儲能箱組反轉(zhuǎn)矩,結(jié)合反推自適應(yīng)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(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量,實時更新控制對象參數(shù),結(jié)合辨識結(jié)果設(shè)計了轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)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(biāo)系下的分量,同時設(shè)計轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量誤差自適應(yīng)控制器消除辨識誤差對控制性能的影響,進(jìn)一步應(yīng)用電壓空間矢量調(diào)制方法產(chǎn)生頻率恒定的開關(guān)信號,控制逆變器運(yùn)行。實驗結(jié)果表明永磁同步電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩能夠快速跟蹤儲能箱組反轉(zhuǎn)矩,且能夠有效抑制儲能箱組轉(zhuǎn)動慣量變化造成的不良影響,電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩脈動較小,機(jī)組儲能過程平穩(wěn)。(3)針對發(fā)電過程中機(jī)械彈性儲能機(jī)組運(yùn)行特性和控制目標(biāo),提出了一種永磁同步發(fā)電機(jī)參數(shù)自適應(yīng)調(diào)速及并網(wǎng)控制方法。機(jī)械彈性儲能機(jī)組發(fā)電過程由聯(lián)動式儲能箱組驅(qū)動機(jī)組發(fā)電側(cè)永磁同步發(fā)電機(jī)完成,儲能箱組由大型平面渦簧封裝單元集成,運(yùn)行時受到諸多因素干擾,特性復(fù)雜,需要一種強(qiáng)魯棒性控制算法。針對此問題,設(shè)計了一種參數(shù)自適應(yīng)調(diào)速控制算法運(yùn)用于機(jī)械彈性儲能機(jī)組永磁同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行控制中,該方法通過構(gòu)造特殊的Lyapunov函數(shù),在永磁同步發(fā)電機(jī)矢量控制模型上設(shè)計了轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量自適應(yīng)控制律。同時為了改善機(jī)組并網(wǎng)性能,設(shè)計了機(jī)組并網(wǎng)反推控制算法,為實現(xiàn)儲能機(jī)組最大出力,可設(shè)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(jī)側(cè)變流器容量。實驗結(jié)果表明,此控制方法適用于機(jī)械彈性發(fā)電過程,能有效提升機(jī)組性能,機(jī)組發(fā)電并網(wǎng)過程能夠平穩(wěn)高效運(yùn)行。(4)根據(jù)機(jī)械彈性儲能機(jī)組運(yùn)行動作方式及功能和保護(hù)需求,設(shè)計開發(fā)完成了機(jī)組邏輯保護(hù)與監(jiān)測控制系統(tǒng)。基于PLC軟硬件裝置,設(shè)計開發(fā)了包括機(jī)組部件使能邏輯保護(hù)、機(jī)組運(yùn)行動作邏輯保護(hù)、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)顯示保護(hù)在內(nèi)的邏輯保護(hù)程序,從多個方面、多個層次保證了機(jī)組能夠按照設(shè)計方案步驟依次動作運(yùn)行,能有效提高機(jī)組的安全性能�；贚abVIEW軟件,設(shè)計了機(jī)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(jī)組通信配置、儲能參數(shù)設(shè)置及指令下達(dá)、儲能數(shù)據(jù)實時監(jiān)控及波形顯示、發(fā)電參數(shù)設(shè)置及指令下達(dá)、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(jìn)行。邏輯保護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)測控制系統(tǒng)共同構(gòu)成了機(jī)械彈性儲能機(jī)組上層控制系統(tǒng),是整個機(jī)組的控制中樞。(5)集成以上研究成果,研制了 10kW機(jī)械彈性儲能機(jī)組實驗性樣機(jī)并進(jìn)行了實驗驗證。按照轉(zhuǎn)速指定和功率指定兩種運(yùn)行方式進(jìn)行了多組對比實驗,驗證了所提控制方法的先進(jìn)性和控制系統(tǒng)的有效性。根據(jù)實驗結(jié)果分析了不同運(yùn)行方式下的機(jī)組效率,并結(jié)合機(jī)械彈性儲能技術(shù)的特點(diǎn)探討了該儲能技術(shù)的適用場合。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)，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(jī)、電動機(jī)、發(fā)電逡逑機(jī)和下游水庫等，如圖１－２所示。逡逑Ｉ電動機(jī)／發(fā)電機(jī)邐上焌庫逡逑輸送至負(fù)載邐逡逑下游水庫逡逑圖１－２抽水蓄能發(fā)電站結(jié)構(gòu)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(jié)為以下幾點(diǎn)：逡逑（１）

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，機(jī)組裝配、聯(lián)動裝置運(yùn)行調(diào)試方法；機(jī)組物性關(guān)系建模；機(jī)組儲逡逑能和發(fā)電運(yùn)行控制及變流器并網(wǎng)控制技術(shù)：保護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計等。逡逑ＭＥＥＳ機(jī)組結(jié)構(gòu)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(hù)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(jī)（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(jī)逡逑７逡逑

第１章緒論逡逑儲能箱組機(jī)械聯(lián)動結(jié)構(gòu)的合理與否直接決定了機(jī)組性能。文獻(xiàn)［１５］提出了一種逡逑“手拉手”儲能箱組機(jī)械聯(lián)動結(jié)構(gòu)，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(jī)組儲能容量，并且可以改善儲逡逑能機(jī)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�！邋１１１邋ｉ辶x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�，言Ｓ两端直接固定栽煝能蠝Z男懼義現(xiàn)岷拖涮迥詒諫希淺２環(huán)獎閿詘滄昂臀�。辶x希ǎ玻

本文編號：2748598