[发明专利]一种小型压缩空气储能系统及方法

权利要求书

1.一种小型压缩空气储能系统，其特征是：该储能系统的储能装置包括：控制器、气动马达、压缩机、开关磁阻电动/发电机、调节阀和储气罐；控制器的输出端分别与气动马达、压缩机、开关磁阻电动/发电机和调节阀的控制输入端连接，分别控制气动马达、压缩机、开关磁阻电动/发电机和调节阀的打开或关闭；压缩机的输出端经过调节阀与储气罐的输入端连接，储气罐的输出端经过调节阀与气动马达的输入端连接，气动马达、压缩机的输入输出轴与开关磁阻电动/发电机的输入输出轴同轴转动。

2.根据权利要求1所述的一种小型压缩空气储能系统，其特征是：所述的控制器包括：DSP控制器、传感器、电压电流调理电路、调节阀开度控制模块、继电器输入输出模块、触摸屏控制模块、报警指示模块、通信模块、电机控制模块；DSP控制器的输出端分别通过调节阀开度控制模块和电机控制模块分别与调节阀和开关磁阻电动/发电机连接；DSP控制器与继电器输入输出模块连接，DSP控制器的输出端与报警指示模块连接；触摸屏控制模块与DSP控制器的输入端连接，传感器通过电压电流调理电路与DSP控制器的输入端连接，所述的传感器为：空气压力传感器、空气流量传感器、阀门位置传感器、电压传感器、电流传感器、转速传感器和转矩传感器；DSP控制器通过通信模块与远程监控实现远程序通信。

3.一种实现权利要求1所述系统的小型压缩空气储能方法，其特征是：方法包括：开关磁阻电动/发电机双功能电机的控制方法、压缩过程中电机跟踪优化压缩转速曲线的自适应控制方法、发电过程中控制压力阀门使得发电转速跟踪优化发电转速的自适应控制方法；

所述的开关磁阻电动/发电机双功能电机的控制方法：在压缩空气储能时，开关磁阻电动/发电机带动空气压缩机，将电能转换成机械能，再将机械能转换成高压空气存储到储气罐中，完成储能；在压缩空气释放能量时，高压空气释放带动气动马达转动，气动马达再带动开关磁阻电动/发电机发电运行，将存储能量转换为电能输出；控制器根据上级控制系统的要求，对储能系统的运行进行监控，对整个储能系统中气动马达、压缩机、开关磁阻电动/发电机、调节阀的单独控制，在储能、发电的时候切换各个单元合适的状态，在系统故障时及时发出警告；

所述的压缩过程中电机跟踪优化压缩转速曲线的自适应控制方法：首先根据储气罐的特性获得效率优先的最佳压缩转速特性曲线，并将该曲线作为压缩过程转速跟踪目标函数；将实际测得的实时转速与目标函数进行比较，获得转速偏差；转速偏差以及转速偏差的导数输入到滑模控制器里面进行处理，最终输出电机的控制信号对开关磁阻电动/发电机转速进行控制，削减转速偏差，使得开关磁阻电动/发电机转速跟踪目标函数，获得最优的转速特性曲线；滑模变结构控制器可以快速的跟踪目标曲线，具有良好的鲁棒性能；

所述的发电过程中控制压力阀门使得发电转速跟踪优化发电转速的自适应控制方法：首先通过气动马达与发电机的选型、参数获取气动马达与开关磁阻电动/发电机优化的效率、转速、功率之间的特性曲线；通过数据分析，获取优化的发电转速、效率曲线，作为发电目标转速曲线；转速偏差采用滑模PI的控制方法进行削减；在转速偏差较大的时候，采用滑模控制器，使得转速偏差尽快的减小；在转速偏差较小的时候，采用PI的控制方法，使得发电转速稳定的跟踪目标转速；通过控制的调整输出实际对压力调节阀的控制信号，调整调节阀的开度，对气动马达的转速进行调整，最终调整了开关磁阻电动/发电机的转速；

所述的滑模控制器为：其中e为控制参数偏差即转速偏差，a为转速的加速度，选取切换函数为：

S_n＝e+λ·e1＝e-λ·a，

式中，λ为时间常数，当滑模面S_n＝0时为一条直线；对于转速闭环，通过调整电机相绕组供电电压U，获得滑模控制规律如下：

u=U,Sn>00,Sn<0]]>

即通过滑模面，来控制电机绕组的电压，使得电机能够迅速的接近实际目标转速。