[发明专利]一种压缩空气储能系统的物理模拟系统

说明书

技术领域

本发明属于物理模拟系统领域，更具体地，涉及一种压缩空气储能系统(CAES)的物理模拟系统。

背景技术

压缩空气储能系统(简称Compressed-Air Energy Storage，CAES)为一种使用压缩的空气即时储存能量并在需要时将其释放出来的技术，也是一种能够实现大容量和长时间电能存储的电力储能系统。它具有工作时间长、储能容量大、电能转换效率高、安全可靠、环境友好等特点，其在智能电网建设、大规模可再生能源接入、电网负荷调节以及保障电力系统安全性等方面，具有极大的应用前景，是目前大规模储能技术的研发热点。现有压缩空气储能系统的核心部件主要包括压缩机和膨胀机，压缩机和膨胀机的性能对整个系统的性能具有决定性影响。

在实际的研究和试验中使用真实的压缩空气储能系统将会有成本高、维护困难、压缩机和膨胀机的机械转动特性参数变更不灵活等问题，而且可能会有一定的危险性。同时在对不同的压缩空气储能系统进行研究时需要高成本购买不同的器件，提高了研究成本，而随着更多新型压缩空气储能系统的出现，也使相关试验和研究变得更加困难。而建模和模拟将会减少研究成本、加快研究进度、便于灵活改变压缩机和膨胀机的机械转动特性参数和模拟多种压缩空气储能系统，是一种特别有效的研究手段。

当前，国内外对CAES系统的仿真建模研究已经具备了一定的基础，但这些建模方法注重于对系统内部的热力学特性和相关部件的性能研究，采取的方法为数学建模或数值模拟，物理模拟这种建模方法并未有见到应用，也没有物理模拟系统可用。物理模拟是在根据相似原理建立起来的系统物理模型上进行模拟研究的方法，其主要特点是能够直接观察到各种现象的物理过程，便于获得明确的物理概念，特别是对于某些新的问题和物理现象，由于认识上的限制，不能或不完全能用数学方程式表示时，利用物理模拟可以探索到现象的本质及其变化的基本规律。除此之外，物理模拟的试验结果，可以校验相关理论以及建立数学方程式、各种假设的合理性，使理论得到进一步完善和发展。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种压缩空气储能系统的物理模拟系统，其目的在于实现对真实压缩空气储能系统的模拟，由此解决了现有研究方法复杂、不够直观的劣势和缺少物理模拟系统的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种压缩空气储能系统的物理模拟系统，包括电动机、发电机、电力电子变换器、飞轮和控制模块，其中：所述电动机与电力电子变换器相连并受其驱动，用于模拟压缩空气储能系统中压缩机和膨胀机的机械转动特性，分别对应压缩空气储能系统中储能、释能两个工作过程，从而实现对压缩空气储能系统的模拟；

所述发电机与电动机相连，两者同轴共转；所述发电机输出可以但不限于接入电网或者用电负荷；

所述电力电子变换器用于调节供入电动机的电压和频率，从而实现对各种压缩空气储能系统中压缩机和膨胀机机械转动特性的模拟；

所述控制模块与电力电子变换器相连，用于控制电力电子变换器工作状况和参数。

进一步的，所述电动机和发电机之间设有齿轮箱，用于调整发电机转速，以达到加速、减速的作用，实现电动机与发电机转速匹配。

进一步的，所述电动机的外部共轴装有飞轮，可设计多片，用于调整物理模拟系统的转动惯量，以满足不同功率等级压缩空气储能系统的模拟需要。

进一步的，所述控制模块包括CPU、存储单元、通信单元和IO接口，通过显示功能和键盘输入功能，形成触发信号传输给电力电子变换器，能执行包括但不限于系统开关、电压调节、频率调节、相位调节、工作参数和状态显示功能。

进一步的，所述电力电子变换器可以但不限于为VSC变换器或者CSC变换器。

总体而言，本发明所提出的物理模拟系统，通过调节供入电动机的电压和频率，对压缩空气储能系统的核心部件压缩机、膨胀机的机械转动特性进行模拟，分别对应压缩空气储能系统中储能、释能两个工作过程，实现了对压缩空气储能系统的模拟，与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

1.本发明解决了压缩空气储能系统研究中无法在实际动态物理模拟系统中实现的瓶颈问题；通过一个电动机来模拟压缩空气储能系统(CAES)的两个核心部件压缩机和膨胀机的机械转动特性，分别对应压缩空气储能系统中储能、释能两个工作过程。