矩阵式重力储能系统控制算法仿真.pdf
《矩阵式重力储能系统控制算法仿真.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《矩阵式重力储能系统控制算法仿真.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、中国科技信息 2024 年第 10 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024-64-两星推荐自新世纪以来,全球能源消耗不断攀升,引发了环境污染和能源浪费等紧迫问题,成为全球关注的焦点。近年来,随着全球能源行业加速向清洁和低碳方向转型,大规模并网的风能和光伏等新能源在满足能源需求的同时,也显著优化了我国的能源结构。然而,由于新能源发电具有间歇性、随机性、不可预测性和波动性等特点,高比例接入新能源增加了电网调峰调频的挑战。为推动新能源生产的进一步转型,电力行业急需大规模储能技术。重力储能作为一种新型储能技术,凭借其低能耗和灵活选址等优势,
2、逐渐引起了储能领域的广泛关注,并已经在一定程度上得到应用。重力储能系统在电网有电力富余时,通过电机将重物移至高处储能,需要电力时再将重物的重力势能转化为动能,通过发电机发电,具备储能容量大、环保清洁、原理简单、高效转化、快速响应、安全可靠以及长寿命等优点,可用于大规模可再生能源并网和电力系统的辅助服务等长时间能源管理任务。至今,一些国外研究机构已经创新性地提出了多种新型重力储能技术,取得了一些阶段性成果。例如,美国 Gravity Power 公司提出的活塞式抽水蓄能技术、美国Ares 公司设计的山地铁路式重力储能技术、瑞士 Energy Vault 公司设计的塔吊型重力储能技术以及英国 Gr
3、avitricity公司设计的矿井式重力储能技术等。其中,瑞士 Energy Vault 公司提出的方法利用起重机将混凝土块堆叠成塔的结构,利用块体地吊起和下落来实现储能和释能。该塔吊式重力储能电池可将放电时间缩短至 2.9s,系统的能源转化效率高达 90%,理论上储电量可以达到 35MWh,峰值工作功率约 4MW。然而,这种方法需要具备高载重能力和高精度抓取的机械抓手,制造难度较大,同时面临缆绳晃动和塔楼稳定性较低等问题,因而限制了其广泛应用。矩阵式重力储能系统是在塔吊型重力储能技术的基础上提出了一种新型重力储能系统控制方法,通过质量块的有序升降过程来实现储能和释能运行,系统在并网时与电网协
4、同运行,通过先调节质量块的下降数量、后调节质量块的下降速度的方式进一步优化电网的充放电平衡,以达到电网运行更加稳定的目标。该重力储能系统无需机械抓手,依靠垂直升降车即可搭载质量块安全升降,增加了系统的稳定性。借助 MATLAB 软件建立了矩阵式重力储能的动态模型进行仿真,实验结果显示,该方法能够有效地管理储能和释能过程,并通过调整质量块数量和下降速度,进一步优化电网的充放电平衡,实现更稳定的电网运行。行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度矩阵式重力储能系统控制算法仿真王 杰 杨一帆 羊宇航 董 泽王 杰1,2 杨一帆1,2 羊宇航1,2 董 泽1,21.华
5、北电力大学自动化系2.华北电力大学河北省发电过程仿真与优化控制技术创新中心基金项目:河北省省级科技计划资助(22567643H)。-65-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024中国科技信息 2024 年第 10 期两星推荐矩阵式重力储能系统模型重力储能系统的每个单元被划分为顶部区域、中间区域和底部区域,如图1所示。图中,1.质量块,2.水平搬运车,3.空置区,4.垂直升降车。矩阵式重力储能系统由 4 个这样的单元构成,它们排列整齐,相邻单元之间在水平和垂直方向上对齐,以确保质量块以标准间距移动。系统的框架两侧分别设有主轴和电梯井,其中
6、主轴采用双伸出轴(即纵向相邻单元共用同一主轴),电动发电机位于主轴之间。在电机的驱动下,主轴上的多组副轴带动相应的垂直升降车上下运输质量块。质量块按照电网的复合需求同步运行,实现了系统的集成化。具体而言,单个单元的一侧设有 12 列电梯井(即 12 台垂直升降车),每一路电梯井(纵向两个相邻单元,共 24 列)带动对应的主轴进行旋转。如正面图所示,顶部区域和底部区域各包含 8 层质量块层,每一层有 35 块质量块。这些质量块层按从上往下的顺序分别编号为 S1-S8,每一层的质量块按从左到右的顺序编号为 Y1-Y35。实际上,由于单个单元采用矩阵式结构,因此每层编号为Y1的质量块有35个,与单元
7、一侧的 12 台垂直升降车一一对应。在储能和释能过程中,为使每层中的质量块进行有序移动,设置奇数层的质量块通过左侧垂直升降车进行升降,偶数层的质量块则通过右侧垂直升降车进行升降。由于垂直升降车的钢缆具有协同作用,因此在左侧垂直升降车下降时,右侧垂直升降车将同时上升。顶部区域和底部区域的层数相等,且每一层之间一一对应,即顶部区域的第一层质量块只会转移到底部区域的第一层中,反之亦然。这样的设计旨在确保每个质量块在上升和下降过程中存储和释放的势能相同,从而使得每个质量块的发电功率保持一致,系统的发电功率更加稳定,同时也简化了控制逻辑。矩阵式重力储能系统控制储能过程控制在储能过程中,为了有序地采用垂直
8、升降车通过两侧通道将质量块从底部区域转移至顶部区域,以该储能装置的正面图为例,以图 2 为例,图中为系统的正面图。仿真过程中,设置白色方块为质量块,蓝色方块为空载垂直升降车,灰色方块为水平搬运车。控制步骤如下。1)在初始储能阶段,底部区域 S1 层的水平搬运车首先将 S1 层最左侧的一列 Y1 质量块有序地送至左侧对应的垂直升降车;随后左侧垂直升降车将这一列 Y1 质量块运输至储能系统的顶部区域 S1 层;接下来,顶部区域 S1 层的水平搬运车协同工作,将这列 Y1 质量块精确搬运至顶部区域 S1 层的 Y35 位置后空载返回,为下一周期运送底部 S1 层 Y2 质量块做准备。2)同时底部区域
9、 S2 层的水平搬运车将 S2 层最右侧的一列 Y35 质量块送至右侧对应的垂直升降车上;右侧垂直升降车随后将这列 Y35 质量块拉升至顶部区域 S2 层;接下来,顶部区域 S2 层的水平搬运车将这列 Y35 质量块搬至 S2 层的 Y1 位置后空载返回,为下一周期运送底部 S2 层 Y2 质量块做准备。3)当底部区域第一层上的质量块全部搬运完毕时,右侧空载垂直升降车返回底部区域的第三层,准备搬运下一列质量块。4)当底部区域第二层上的质量块全部搬运完毕时,左侧空载垂直升降车返回底部区域的第四层,也为下一列质量块做好准备。5)上述运行机制将反复执行,直至储能过程完成。储能过程中,为确保两侧垂直升
10、降车的有载上升时间可以无间隔地衔接,从而保证整个重力储能系统能够不间断地进行储能,需设置有载充电时间为无载返回时间和块体放置时间之和,即当右侧垂直升降车有载上升时,左侧垂直升降车要在这段时间内完成空载下降和等待水平搬运车将质量块搬运到左侧垂直升降车上,在右侧垂直升降车有载上升的减速过程开始前,左侧垂直升降车开始有载上升,这样能够确保系统储能时的功率保持在稳定值而不会产生较大波动。释能过程控制在释能过程中,为了有序地采用垂直升降车通过两侧通图 1 重力储能系统的建筑结构示意图和正面图图 2 储能过程示意图中国科技信息 2024 年第 10 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOG
11、Y INFORMATION May.2024-66-两星推荐道将质量块从顶部区域转移至底部区域,控制步骤如下。1)在初始释能阶段,顶部区域 S1 层的水平搬运车首先将 S1 层最左侧的一列 Y1 质量块有序地送至左侧对应的垂直升降车;随后左侧垂直升降车将这一列 Y1 质量块运输至储能系统的底部区域 S1 层;接下来,底部区域 S1 层的水平搬运车协同工作,将这列 Y1 质量块精确搬运至底部区域 S1 层的 Y35 位置后空载返回,为下一周期运送顶部 S1 层 Y2 质量块做准备。2)同时顶部区域 S2 层的水平搬运车将 S2 层最右侧的一列 Y35 质量块送至右侧对应的垂直升降车上;右侧垂直升
12、降车随后将这列 Y35 质量块拉升至底部区域 S2 层;接下来,底部区域 S2 层的水平搬运车将这列 Y35 质量块搬至底部 S2 层的 Y1 位置后空载返回,为下一周期运送顶部 S2 层Y2 质量块做准备。3)当顶部区域第一层上的质量块全部搬运完毕时,右侧空载垂直升降车返回顶部区域的第三层,准备搬运下一列质量块。4)当顶部区域第二层上的质量块全部搬运完毕时,左侧空载垂直升降车返回顶部区域的第四层,也为下一列质量块做好准备。5)上述运行机制将反复执行,直至释能过程完成。释能过程中,为确保两侧垂直升降车的有载下降时间能够无间隔地衔接,从而保证整个重力储能系统能够不间断地进行释能,需设置有载放电时
13、间为无载返回时间和块体放置时间之和,即当右侧垂直升降车有载下降时,左侧垂直升降车要在这段时间内完成空载上升和等待水平搬运车将质量块搬运到左侧垂直升降车上,在右侧垂直升降车有载下降的减速过程开始前,左侧垂直升降车开始有载下降,这样能够确保系统释能时的功率保持在稳定值而不会产生较大波动。在系统运行过程中,垂直升降车存在四种运行状态。1)当垂直升降车有载上升时,发电机发电将垂直升降车提升,将电能转换为重力势能进行储能。2)当垂直升降车空载上升时,由提升电机以较小功率实现垂直升降车的空载上升。3)当垂直升降车空载下降时,垂直升降车在配重块的辅助下下降,到达对应层后由制动装置进行制动。4)当垂直升降车有
14、载下降时,垂直升降车在质量块的重力作用下降落到底部质量块层中,将重力势能转换为电能,并储存在与发电机连接的储能模块中,通过储能模块将电能传送到电网。这种协同操作允许系统在电网发电量较大时将电能转化为重力势能进行储能,以便后续使用;而在电网电力不足时,系统则利用质量块下降带来的重力势能,带动发电机发电,以对电网进行功率补偿。这种智能的电能管理系统有助于平衡电力需求和供应,提高了电力网络的稳定性和可靠性。动机构的运动控制在储能和释能过程中,需要根据重力储能系统的发电功率来实时调整对电网的需求负载波动,以释能过程为例。垂直升降车的运动控制在重力储能系统中,顶部区域和底部区域的质量块运动关系是一一对应
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 矩阵 重力 系统 控制 算法 仿真
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。