[发明专利]一种压缩空气储能和释放一体化的风力发电系统

权利要求书

1.一种压缩空气储能和释放一体化的风力发电系统，其特征是：包括风力机、电控离合器、第一电机、第二电机、涡旋复合机、气路、储气装置和PC上位机；其中，风力机与第一电机一端轴连，构成风力发电子系统；第二电机与涡旋复合机轴连，涡旋复合机的气口通过气路与储气装置相连，构成压缩空气储能释放一体化子系统；所述第一电机和第二电机轴都是两端引出，电控离合器将第一电机和第二电机进行轴连，将风力发电子系统和压缩空气储能释放一体化子系统结合起来。

2.如权利要求1所述的压缩空气储能和释放一体化的风力发电系统，其特征是：所述风力机与第一电机的连接轴上设置有第一转速转矩传感器用以获得第一发电机的转矩转速；所述第二电机与涡旋复合机的连接轴上设置有第二转速转矩传感器用以获得第二电机的转矩转速。

3.如权利要求1所述的压缩空气储能和释放一体化的风力发电系统，其特征是：所述气路上装有第一气体检测装置和第二气体检测装置，各自包括压力传感器、流量传感器和温度传感器，第一气体检测装置用以检测涡旋复合机气口的气体压力、流量和温度，第二气体检测装置用以检测储气装置的气体压力、流量和温度。

4.如权利要求1所述的压缩空气储能和释放一体化的风力发电系统，其特征是：所述气路上连接有第一热交换器、蓄热器、第二热交换器、单向阀和比例控制阀，分为两条气路；一条是压缩气路，涡旋复合机压缩产生的高压气体经过单向阀和第一换热器进入储气装置；另一条是膨胀气路，储气装置内的高压气体经过比例控制阀和第二换热器进入涡旋复合机膨胀后释放。

5.如权利要求1所述的压缩空气储能和释放一体化的风力发电系统，其特征是：所述第一电机和第二电机的定子绕组分别连接第一变流器和第二变流器，变流器之间通过直流母线连接，变流器通过各自的驱动器控制，驱动器的控制信号通过PC上位机改变。

6.如权利要求5所述的压缩空气储能和释放一体化的风力发电系统，其特征是：所述直流母线上连接有蓄电池、超级电容和用电负载。

7.如权利要求1-6中任一项所述的风力发电系统的控制方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)当涡旋复合机工作在压缩状态时，高温高压空气沿着气路首先到达换热器中，压缩空气与蓄热器中循环的冷媒进行热交换，热量被带入蓄热器中储存起来；高压空气进入储气装置储存；

(2)当涡旋复合机工作在膨胀状态时，来自储气装置的高压空气沿着气路通过比例流量阀在换热器中接受来自蓄热器的热能预热，之后到达涡旋复合机膨胀做功带动电机发电；

(3)根据第一气体检测装置和第二气体检测装置测得的气路内空气的压力、温度、和流量，估算涡旋复合机的工作功率，根据涡旋复合机工作情况改变涡旋复合机的转速和比例流量阀的开度；

(4)当风机功率大于负载需求时，系统以压缩空气储能方式运行；当风机功率小于负载需求时，PC上位机发出指令使电控离合器分离，风力机带动第一电机发电，涡旋复合机带动第二电机发电，共同补足负载所需功率。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征是：所述步骤(3)中，其具体方法为：

根据第一气体检测装置和第二气体检测装置测得的气路内空气的压力、温度、和流量，可以由公式估算涡旋复合机的工作功率，其中P_s为涡旋复合机工作功率，p_d为涡旋复合机进口压力，Q为涡旋复合机排气流量，p_s为涡旋复合机排气压力。

9.如权利要求7所述的控制方法，其特征是：所述步骤(4)中，当风机功率大于负载需求时，系统包括两种压缩空气储能方式运行：一种是PC上位机发出指令，使电控离合器分离，第一电机发出的电能经过变流装置被第二电机消耗，超过负载需求的多余电能带动涡旋复合机压缩空气储能；另一种方式是首先通过第二电机以电动模式带动涡旋复合机升速，当第二电机与第一电机转速相同之后，PC上位机发出指令使电控离合器吸合，第二电机与第一电机之间通过机械传动传递能量。