本發(fā)明涉及壓縮空氣儲能，特別涉及一種壓縮空氣儲能電站智能充放電控制系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、壓縮空氣儲能是一種采用機械設備實現(xiàn)能量存儲和轉移的物理儲能技術，系統(tǒng)運行原理遵循電能-勢能-電能的轉換流程來實現(xiàn)儲能發(fā)電。在系統(tǒng)儲能運行階段，是將電能轉換為空氣的分子勢能，即宏觀的壓力勢能進行儲存，在系統(tǒng)勢能過程中將系統(tǒng)儲存的壓力釋放，推動透平發(fā)電機發(fā)電的一個過程。

2、在現(xiàn)今壓縮空氣儲能領域，大型(300mw及以上)壓縮空氣儲能機組中，對于如何更好的實現(xiàn)在電源側、電網(wǎng)側和用戶側，發(fā)揮機組調(diào)峰、調(diào)頻、容量備用等方面；如何更好的利用電網(wǎng)低谷電價和電網(wǎng)峰值電價，從而更好的實現(xiàn)儲能發(fā)電站的經(jīng)濟性等方面仍存在諸多不足與技術空白。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種壓縮空氣儲能電站智能充放電控制系統(tǒng)及方法，通過現(xiàn)場主要設備的實時運行狀態(tài)、參數(shù)及其變化趨勢，結合應用模型算法來計算和預測壓縮空氣儲能機組在儲能(充電)和釋能(放電)過程中的重要指標性參數(shù)，從而為供電站管理人員和機組運行人員提供科學合理的決策依據(jù)。

2、本發(fā)明提供了一種壓縮空氣儲能電站智能充放電控制系統(tǒng)，包括微機計算機組、中央控制單元、歷史數(shù)據(jù)存儲單元、數(shù)據(jù)監(jiān)測儀表和壓縮儲能發(fā)電機組，所述中央控制單元分別連接所述微機計算機組、歷史數(shù)據(jù)存儲單元、數(shù)據(jù)監(jiān)測儀表，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測儀表還連接所述壓縮儲能發(fā)電機組。

3、進一步地，所述中央控制單元采用主流dcs系統(tǒng)設備進行組件，包括dpu、io模組、交換機，所述中央控制單元通過內(nèi)設的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)與所述數(shù)據(jù)監(jiān)測儀表進行信息交互，通過對所述壓縮儲能發(fā)電機組收集，在系統(tǒng)內(nèi)部預設的算法進行計算，再通過人機交互的方式，使設備運行人員進行操作與監(jiān)視。

4、進一步地，所述壓縮儲能發(fā)電機組的運行過程為：

5、當電網(wǎng)在低峰時進行壓縮儲能，此時利用電動機帶動壓縮機做功，將大氣中的空氣進行壓縮，在壓縮空氣時釋放熱量，此時通過低溫容器中的低溫介質(zhì)對壓縮空氣進行冷卻換熱，換熱后的高溫介質(zhì)進入高溫容器儲存，冷卻后的壓縮空氣經(jīng)過冷卻和氣水分離后，進入儲氣容器儲存；再當需要向電網(wǎng)輸送電能電量時，高壓空氣管道從壓縮空氣儲氣室引出，通過管道接引至空氣透平發(fā)電機，進行發(fā)電。

6、本發(fā)明還提供了一種壓縮空氣儲能電站智能充放電控制方法，基于如上所述的壓縮空氣儲能電站智能充放電控制系統(tǒng)，所述方法包括：

7、s1、所述中央控制單元采集所述數(shù)據(jù)監(jiān)測儀表實時監(jiān)測的壓縮儲能發(fā)電機組的運行數(shù)據(jù)；

8、s2、所述中央控制單元對所述運行數(shù)據(jù)采用預設的算法進行計算，得到充電計劃的參數(shù)、放電計劃的參數(shù)和充放電參數(shù)；

9、s3、將所述充充電計劃的參數(shù)、放電計劃的參數(shù)和充放電參數(shù)通過所述微機計算機組進行顯示，以使設備運行人員進行操作與監(jiān)視。

10、進一步地，所述步驟s2中，充電計劃的參數(shù)包括可充電量、可充時長、評估電價；

11、所述可充電量為：總可充電量減去本次已充電量；其中，總可沖電量為壓縮機在儲能過程中所消耗的電能總功率；

12、所述可充時長為：以現(xiàn)在為節(jié)點，直至壓縮空氣儲氣室達到儲能限值所使用的時間；其中，所述儲能限值為儲氣容器儲氣壓力極限值；

13、所述評估電價為：通過系統(tǒng)內(nèi)置的計時或時鐘同步裝置對預設好的電網(wǎng)尖峰時段、高峰時段、平時段、低谷時段的電價進行智能化分析與判斷顯示，隨每日不同時間、不同季節(jié)在智能充放電系統(tǒng)上顯示實時電價或電價系數(shù)。

14、進一步地，所述可充時長的計算方式為：

15、

16、其中，t可充為儲氣需要時長；mmax為儲氣容器容納最大氣體質(zhì)量，mmax＝

17、儲氣容器最大體積×(儲氣容器壓力上限-儲氣容器壓力下限)；m剩余為儲氣容器容納內(nèi)剩余氣體質(zhì)量，m剩余＝儲氣容器最大體積×(當前運行儲氣容器壓力值-儲氣容器壓力下限)；f為壓縮機組進氣流量。

18、進一步地，所述步驟s2中，放電計劃的參數(shù)包括可放電量、可放時長、評估電價，所述評估電價與充電計劃參數(shù)中相同；

19、所述可放電量為：當前儲氣容器所剩余壓縮空氣氣體容積可以發(fā)送輸出的總電量，其計算公式為：

20、

21、其中，m剩余＝儲氣容器容積×密度差，密度差＝儲氣容器密度上限密度值-儲氣容器密度下限密度值，儲氣容器當前密度通過查詢，當前容器壓力與容器溫度對應的nist數(shù)據(jù)庫中對應密度值得出。

22、進一步地，所述評估電價中，預設全年的每個月份中尖峰時段、高峰時段、平時段、低谷時段的時間區(qū)間，以及預設尖峰時段、高峰時段、平時段、低谷時段的電價比，以形成評估電價表；在所述評估電價表中，每個時段的電價比以各電力用戶市場化交易購電價格為基準進行浮動，代理購電用戶以代理購電價格為基準進行浮動。

23、進一步地，所述充放電參數(shù)包括智能充放電電量、當前充電功率、本次已沖電量、最大可充功率、當前發(fā)電功率、最大可發(fā)功率、儲氣容器內(nèi)部壓力、廠用電率、上次儲能時長、上次釋能時長、月度儲能次數(shù)、月度釋能次數(shù)、全年儲能次數(shù)、儲能過程壓縮機組耗電量、儲能過程廠用電量、儲能過程中壓縮機組最大功率、釋能過程中發(fā)電量、釋能過程中上網(wǎng)電量、釋能過程中廠用電量、釋能過程中的最大功率；

24、所述智能充放電電量為：壓縮儲能發(fā)電機組向電網(wǎng)輸送最大電量，在智能充放電系統(tǒng)中用電池模型表示，當機組在壓縮儲能模式時，電池電量會逐步增加，直至達到最大限值；當機組在發(fā)電蓄能模式時，電池電量會逐步減少，直至達到最小限值；智能充放電電量＝(當前發(fā)電功率×當前可發(fā)時長)÷最大可發(fā)電量；

25、所述當前充電功率為：根據(jù)壓縮機在儲能過程中消耗的實時運行功率計算；實時運行功率通過設備計量表計測量傳輸；

26、所述本次已沖電量為：當前充電功率在單位時間內(nèi)的累計值；

27、所述最大可充功率為：儲氣允許空余容積最大容納氣體所對應的透平機發(fā)電符合總功率，其為固定值，由實測數(shù)據(jù)建立；

28、所述當前發(fā)電功率為：當前發(fā)電設備的實時功率，其通過實際的電量采集設備傳輸至ems系統(tǒng)；

29、所述最大可發(fā)功率為：當前投入儲氣容器管道接口的數(shù)量下，儲能發(fā)電機組可發(fā)送的最大瞬時電量，其實際數(shù)值隨投入容器管道接口的數(shù)量增加而增加；

30、所述儲氣容器內(nèi)部壓力為：根據(jù)容器壓力測量設備測量傳輸；

31、所述廠用電率為：通過對壓縮空氣儲能電站升壓站高壓配電裝置的電氣電量的實時數(shù)據(jù)傳輸，進行實時或累計計算顯示；其計算公式為：

32、

33、所述上次儲能時長為：單次充放電為基準，計算從壓縮機向壓縮空氣儲氣容器充氣起至壓縮機減載至儲氣容器出口閥門關閉的時長；

34、所述上次釋能時長為：以單次充放電為基準，計算從空氣透平發(fā)電機開始進氣起至空氣透平發(fā)電機關閉主進氣閥門的時長；

35、所述月度儲能次數(shù)為：以壓縮機組啟動向壓縮空氣儲氣容器為數(shù)據(jù)支撐，作為一次儲能過程，統(tǒng)計一個月內(nèi)儲能次數(shù)；

36、所述月度釋能次數(shù)為：以空氣透平發(fā)電機進氣為依據(jù)，作為一次釋能過程，統(tǒng)計一個月內(nèi)釋能次數(shù)；

37、所述全年儲能次數(shù)為：以月度儲能次數(shù)為基礎，統(tǒng)計全年儲能次數(shù)；

38、所述儲能過程壓縮機組耗電量為：從儲能開始至儲能結束，運行壓縮機組所耗電量；

39、所述儲能過程廠用電量為：從儲能開始至儲能結束，廠用電所耗電；

40、所述儲能過程中壓縮機組最大功率：儲能過程中運行壓縮機組的最大功率，通過后臺數(shù)據(jù)進行計算，預設有固定算法塊；

41、所述釋能過程中發(fā)電量為：單次釋能過程中所發(fā)電量累計，通過后臺數(shù)據(jù)進行計算，預設有固定算法塊；

42、所述釋能過程中上網(wǎng)電量為：次釋能過程中輸送給電網(wǎng)的電量累計，通過后臺數(shù)據(jù)進行計算，預設有固定算法塊；

43、所述釋能過程中廠用電量為：單次釋能過程中廠用電量累計，通過后臺數(shù)據(jù)進行計算，預設有固定算法塊；

44、所述釋能過程中的最大功率為：單次釋能過程中機組最大功率，通過后臺數(shù)據(jù)進行計算，預設有固定算法塊。

45、本發(fā)明的有益效果為：

46、由于壓縮空氣儲能機組技術仍處于研發(fā)探索階段，而對于其如何更好的實現(xiàn)機組的智能充放電又是機組(電站)在生產(chǎn)經(jīng)營中的重要一環(huán)，本發(fā)明設計中大型壓縮空氣儲能機組的算法模型全部基于真實壓縮空氣儲能機組(300mw以上機組)運行的數(shù)據(jù)，開發(fā)的智能充放電系統(tǒng)使整個設備充放電過程中實現(xiàn)了具象化，并將在整個過程中的重要參數(shù)通過算法模型進行整合顯示，提高了整個機組的運行效率，并簡化了運行中的判斷過程，為運行人員對設備運行的真實判斷提供了可靠的數(shù)據(jù)指導。