直流供電系統(tǒng)中儲能儲能的動態(tài)特性分析

1直流供電技術路線近年來，以能源行業(yè)為指導的分布式電源技術發(fā)展迅速，討論了幾種分布式電源連接的發(fā)展趨勢。直流組網因具有轉化效率高、可控性好和可靠性高等優(yōu)點,受到了廣泛關注和研究,不少地方開啟了能源小鎮(zhèn)的直流供電方式實踐和探索當前,應用于分布式電源接入和獨立供電系統(tǒng)的儲能分為化學儲能和物理儲能兩種技術路線。其中,化學儲能以超級電容和各類化學電池為典型代表,并且根據(jù)實際的需求,進行優(yōu)化選配。物理儲能主要包括抽水蓄能、空氣壓縮儲能和飛輪儲能等。文獻針對獨立直流供電系統(tǒng)的網壓穩(wěn)定控制進行討論,分析了其電壓波動的產生機理,對比了高速飛輪和低速飛輪在應對直流網壓波動時放電動態(tài)特性差異,給出了一種額定轉速超過30000r·min2對供電裝置組成和網絡壓力波動抑制的分析2.1儲能裝置組成圖1描述了一個典型獨立直流供電系統(tǒng),由光伏發(fā)電模塊、各類用電負荷模塊和儲能裝置組成。該系統(tǒng)采用光伏發(fā)電作為主要電源,用電負荷包括一般負荷和沖擊性負荷兩種。儲能裝置由高速飛輪儲能和蓄電池儲能共同組成,其中高速飛輪儲能裝置主要用于抑制高頻次沖擊性負荷引起的瞬時功率變化而造成的網壓波動。2.2功率補償裝置放電速率圖2為獨立直流供電系統(tǒng)的等效圖。儲能裝置提供的瞬態(tài)功率Δp與網壓波動值的數(shù)學關系如下:式中:P可知,功率補償裝置放電速率越快,可實現(xiàn)電壓補償?shù)乃俾示驮娇臁?.3不同轉速下的齒輪放電速率飛輪儲能系統(tǒng)具有可頻繁充放電、儲能容量大、充放電速度快等特點式中:E當直流母線電壓發(fā)生電壓波動時,補償裝置的放電速率成為了影響補償效果的重要因素。下面分析不同轉動慣量和轉速下的飛輪放電速率,由式(2)可得:式(3)對變量t進行求導,可得:式(4)對變量t進行求導,可得:由式(5)可知,飛輪的放電速率與轉動慣量和轉速相關。設低速飛輪轉動慣量J將式(6)代入式(5),可得式中:dp設高速飛輪轉動慣量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立直流供電系統(tǒng)高頻次的電壓瞬態(tài)波動。3gtr高速車輪管理系統(tǒng)和工作方法3.1高速永磁電機及一體化轉子結構實際上,根據(jù)轉速的不同,飛輪儲能分為兩大類。一般情況下,額定轉速在10000r·minGTR高速飛輪儲能系統(tǒng)選用高速永磁電機及一體化轉子結構,結構緊湊,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。磁軸承懸浮技術和真空腔可以有效地減少復合碳纖維轉子在轉動過程中的損耗和風阻,減少了系統(tǒng)機械能損耗、溫升、振動及運行噪音。3.2高速葉輪持續(xù)運行能力高速飛輪儲能系統(tǒng)在獨立直流供電系統(tǒng)中平抑網壓波動的工作流程,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轉。如果母線電壓發(fā)生波動,高速飛輪儲能裝置用作系統(tǒng)的功率補償裝置,快速恢復母線電壓至穩(wěn)定值。4gtr高速方向盤的充電實驗此部分開展GTR高速飛輪儲能系統(tǒng)在高速運轉狀態(tài)下的充放電實驗。相關參數(shù)如下:飛輪電機為6對極結構,額定轉速為36000r·min5gtr高速齒輪儲能性能及優(yōu)化方案儲能是解決直流供電系統(tǒng)電壓波動的最有效手段,推導了直流網壓波動產生機理,深入分析了高速飛輪和低速飛輪在抑制直流網壓波動時的動態(tài)特性差異,給出了