直流供電系統(tǒng)中儲(chǔ)能儲(chǔ)能的動(dòng)態(tài)特性分析

直流供電系統(tǒng)中儲(chǔ)能儲(chǔ)能的動(dòng)態(tài)特性分析

1直流供電技術(shù)路線近年來，以能源行業(yè)為指導(dǎo)的分布式電源技術(shù)發(fā)展迅速，討論了幾種分布式電源連接的發(fā)展趨勢。直流組網(wǎng)因具有轉(zhuǎn)化效率高、可控性好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn),受到了廣泛關(guān)注和研究,不少地方開啟了能源小鎮(zhèn)的直流供電方式實(shí)踐和探索當(dāng)前,應(yīng)用于分布式電源接入和獨(dú)立供電系統(tǒng)的儲(chǔ)能分為化學(xué)儲(chǔ)能和物理儲(chǔ)能兩種技術(shù)路線。其中,化學(xué)儲(chǔ)能以超級電容和各類化學(xué)電池為典型代表,并且根據(jù)實(shí)際的需求,進(jìn)行優(yōu)化選配。物理儲(chǔ)能主要包括抽水蓄能、空氣壓縮儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等。文獻(xiàn)針對獨(dú)立直流供電系統(tǒng)的網(wǎng)壓穩(wěn)定控制進(jìn)行討論,分析了其電壓波動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理,對比了高速飛輪和低速飛輪在應(yīng)對直流網(wǎng)壓波動(dòng)時(shí)放電動(dòng)態(tài)特性差異,給出了一種額定轉(zhuǎn)速超過30000r·min2對供電裝置組成和網(wǎng)絡(luò)壓力波動(dòng)抑制的分析2.1儲(chǔ)能裝置組成圖1描述了一個(gè)典型獨(dú)立直流供電系統(tǒng),由光伏發(fā)電模塊、各類用電負(fù)荷模塊和儲(chǔ)能裝置組成。該系統(tǒng)采用光伏發(fā)電作為主要電源,用電負(fù)荷包括一般負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷兩種。儲(chǔ)能裝置由高速飛輪儲(chǔ)能和蓄電池儲(chǔ)能共同組成,其中高速飛輪儲(chǔ)能裝置主要用于抑制高頻次沖擊性負(fù)荷引起的瞬時(shí)功率變化而造成的網(wǎng)壓波動(dòng)。2.2功率補(bǔ)償裝置放電速率圖2為獨(dú)立直流供電系統(tǒng)的等效圖。儲(chǔ)能裝置提供的瞬態(tài)功率Δp與網(wǎng)壓波動(dòng)值的數(shù)學(xué)關(guān)系如下:式中:P可知,功率補(bǔ)償裝置放電速率越快,可實(shí)現(xiàn)電壓補(bǔ)償?shù)乃俾示驮娇臁?.3不同轉(zhuǎn)速下的齒輪放電速率飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)具有可頻繁充放電、儲(chǔ)能容量大、充放電速度快等特點(diǎn)式中:E當(dāng)直流母線電壓發(fā)生電壓波動(dòng)時(shí),補(bǔ)償裝置的放電速率成為了影響補(bǔ)償效果的重要因素。下面分析不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)速下的飛輪放電速率,由式(2)可得:式(3)對變量t進(jìn)行求導(dǎo),可得:式(4)對變量t進(jìn)行求導(dǎo),可得:由式(5)可知,飛輪的放電速率與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)速相關(guān)。設(shè)低速飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J將式(6)代入式(5),可得式中:dp設(shè)高速飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J將式(8)代入式(5),可得:式中:dP比較式(7),(9)可得,高速飛輪更適用于抑制獨(dú)立直流供電系統(tǒng)高頻次的電壓瞬態(tài)波動(dòng)。3gtr高速車輪管理系統(tǒng)和工作方法3.1高速永磁電機(jī)及一體化轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)實(shí)際上,根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同,飛輪儲(chǔ)能分為兩大類。一般情況下,額定轉(zhuǎn)速在10000r·minGTR高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)選用高速永磁電機(jī)及一體化轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)緊湊,大幅減小了系統(tǒng)體積,可以頻繁充放電,充放電次數(shù)接近1000萬次。磁軸承懸浮技術(shù)和真空腔可以有效地減少復(fù)合碳纖維轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的損耗和風(fēng)阻,減少了系統(tǒng)機(jī)械能損耗、溫升、振動(dòng)及運(yùn)行噪音。3.2高速葉輪持續(xù)運(yùn)行能力高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在獨(dú)立直流供電系統(tǒng)中平抑網(wǎng)壓波動(dòng)的工作流程,如圖3所示。由上圖可知,如果母線電壓正常,則高速飛輪系統(tǒng)處在慣性保持環(huán)節(jié)狀態(tài),飛輪依靠慣性維持高速運(yùn)轉(zhuǎn)。如果母線電壓發(fā)生波動(dòng),高速飛輪儲(chǔ)能裝置用作系統(tǒng)的功率補(bǔ)償裝置,快速恢復(fù)母線電壓至穩(wěn)定值。4gtr高速方向盤的充電實(shí)驗(yàn)此部分開展GTR高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的充放電實(shí)驗(yàn)。相關(guān)參數(shù)如下:飛輪電機(jī)為6對極結(jié)構(gòu),額定轉(zhuǎn)速為36000r·min5gtr高速齒輪儲(chǔ)能性能及優(yōu)化方案儲(chǔ)能是解決直流供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)的最有效手段,推導(dǎo)了直流網(wǎng)壓波動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理,深入分析了高速飛輪和低速飛輪在抑制直流網(wǎng)壓波動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性差異,給出了