一種壓縮空氣儲能和釋放一體化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種壓縮空氣儲能和釋放一體化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力機、電控離合器、第一電機、第二電機、渦旋復(fù)合機和儲氣裝置；其中，風(fēng)力機與第一電機同軸連接，第一電機通過電控離合器連接第二電機，第二電機與渦旋復(fù)合機同軸連接，所述渦旋復(fù)合機通過氣路與蓄熱裝置的輸入端連接，蓄熱裝置的輸出端與儲氣裝置連接，所述風(fēng)力機與第一電機的連接軸上安裝有第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，所述第二電機與渦旋復(fù)合機的連接軸上設(shè)置有第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器；本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，運行方式靈活，通過協(xié)調(diào)控制兩臺電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩和離合器的吸合分離，在渦旋復(fù)合機切入切出時，不存在機械沖擊和損耗，完成了壓縮空氣系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無縫高效結(jié)合。
【專利說明】-種壓縮空氣儲能和釋放一體化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種壓縮空氣儲能和釋放一體化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)受到風(fēng)能波動性和間歇性制約，不能長時間連續(xù)穩(wěn)定供能，傳 統(tǒng)的蓄電池由于價格昂貴，無法做到大容量儲能。壓縮空氣儲能成本低，壽命長，沒有蓄電 池的二次污染，適合應(yīng)用在風(fēng)電系統(tǒng)中的作為大容量儲能設(shè)備。
[0003] 一般機械式的風(fēng)力機壓縮空氣則多采用剛性傳動，部件多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般只能 制取高壓空氣用于燃燒釋放，不能作為儲能設(shè)備調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率平衡，更無法被 系統(tǒng)再次高效利用。雖然采用風(fēng)力可W節(jié)省電力成本，但是在壓縮空氣裝置啟動停止時不 可避免的產(chǎn)生機械沖擊，齒輪磨損加重，不可避免的出現(xiàn)強烈的振動、噪聲和潤滑等問題， 最終導(dǎo)致運行環(huán)境差，維護困難，壽命短暫。并且機械傳動的系統(tǒng)運行和維護。
[0004] 現(xiàn)在多數(shù)能夠應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的壓縮空氣儲能設(shè)備所存在的問題有二，一 是使用風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能帶動電動機壓縮空氣，能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)多，造成儲能有損失；二是 采用燃氣輪機燃燒混合高壓空氣的燃料來釋放儲存的空氣內(nèi)能，雖然可W調(diào)節(jié)功率供給， 但是燃燒排放的廢氣除了環(huán)境污染還損失了大量熱能，同時還需要依賴燃氣輪機、天然氣 管道等配套設(shè)施與其配合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本昂貴，儲能轉(zhuǎn)換利用的效率低下。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種壓縮空氣儲能和釋放一體化的風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)，該系統(tǒng)可將獨立的壓縮空氣儲能釋能設(shè)備W機械禪合和電禪合兩種方式靈活接入風(fēng)力 發(fā)電系統(tǒng)，既能消納風(fēng)力直接壓縮空氣，代替蓄電池進行大規(guī)模的儲能，又能直接利用壓縮 空氣膨脹發(fā)電，釋放風(fēng)能。有效調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的能量供需平衡，而且儲能規(guī)模大，效率 高且無污染。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種壓縮空氣儲能和釋放一體化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力機、電控離合器、第一 電機、第二電機、禍旋復(fù)合機、氣路、儲氣裝置和PC上位機；其中，風(fēng)力機與第一電機一端軸 連，構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)；第二電機與禍旋復(fù)合機軸連，禍旋復(fù)合機的氣口通過氣路與儲氣 裝置相連，構(gòu)成壓縮空氣儲能釋放一體化子系統(tǒng)；所述第一電機和第二電機軸都是兩端引 出，電控離合器將第一電機和第二電機進行軸連，將風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)和壓縮空氣儲能釋放 一體化子系統(tǒng)結(jié)合起來。
[000引為采集系統(tǒng)運行信息，所述風(fēng)力機與第一電機的連接軸上設(shè)置有第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳 感器用W獲得第一發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速；所述第二電機與禍旋復(fù)合機的連接軸上設(shè)置有第二 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器用W獲得第二電機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速。
[0009] 所述氣路上裝有第一氣體檢測裝置和第二氣體檢測裝置，各自包括壓力傳感器、 流量傳感器和溫度傳感器，第一氣體檢測裝置用W檢測禍旋復(fù)合機氣口的氣體壓力、流量 和溫度，第二氣體檢測裝置用w檢測儲氣裝置的氣體壓力、流量和溫度。
[0010] 所述氣路上連接有第一熱交換器、蓄熱器、第二熱交換器、單向閥和比例控制閥， 分為兩條氣路；一條是壓縮氣路，禍旋復(fù)合機壓縮產(chǎn)生的高壓氣體經(jīng)過單向閥和第一換熱 器進入儲氣裝置；另一條是膨脹氣路，儲氣裝置內(nèi)的高壓氣體經(jīng)過比例控制閥和第二換熱 器進入禍旋復(fù)合機膨脹后釋放。
[0011] 所述第一換熱器和第二換熱器之間通過蓄熱器交換熱能。所述禍旋復(fù)合機采用中 國專利申請201110002249中名稱為《用于壓縮空氣儲能技術(shù)的禍旋式壓縮一膨脹復(fù)合機》 中的復(fù)合機，其既可W對低壓氣體進行壓縮也可W對高壓氣體進行膨脹，是完成壓縮空氣 儲能和釋放一體化的重要部件。
[0012] 所述第一電機和第二電機的定子繞組分別連接第一變流器和第二變流器，變流器 之間通過直流母線連接，變流器通過各自的驅(qū)動器控制，驅(qū)動器的控制信號通過PC上位機 改變。
[0013] 所述直流母線上連接有蓄電池、超級電容和用電負載。
[0014] 本發(fā)明的工作原理為：
[0015] 風(fēng)力機受風(fēng)力推動，帶動第一電機發(fā)電，電能通過第一變流器到達直流母線。風(fēng)力 機會受到風(fēng)能波動影響從而導(dǎo)致電機的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，直流母線上的電壓和電流會產(chǎn)生高頻 波動。對瞬時快速儲能裝置（蓄電池和超級電容）進行充放電可W平抑波動，保證直流母 線的穩(wěn)定，W此保證負載平衡和系統(tǒng)穩(wěn)定運行。根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速和風(fēng)機特性曲線，可W找到此 風(fēng)速下風(fēng)機達到最大功率輸出的最優(yōu)轉(zhuǎn)速。通過驅(qū)動器控制第一變流器，可W調(diào)節(jié)第一電 機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，改變風(fēng)力機的負載，從而跟蹤風(fēng)力機的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風(fēng)力機的最大功率 的追蹤。第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器檢測風(fēng)機輸出軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩，W便PC上位機對第一電機進行 閉環(huán)控制。
[0016] 當(dāng)?shù)溞龔?fù)合機工作在壓縮狀態(tài)時，高溫高壓空氣沿著氣路首先到達換熱器中，壓 縮空氣與蓄熱器中循環(huán)的冷媒進行熱交換，熱量被帶入蓄熱器中儲存起來。之后高壓空氣 進入儲氣裝置儲存。當(dāng)?shù)溞龔?fù)合機工作在膨脹狀態(tài)時，來自儲氣裝置的高壓空氣沿著氣路 通過比例流量閥在換熱器中接受來自蓄熱器的熱能預(yù)熱，之后到達禍旋復(fù)合機膨脹做功帶 動電機發(fā)電。其中，蓄熱器通過管路與換熱器相連，可W將壓縮時儲存的氣體熱量回饋給膨 脹時的氣體，不僅減少了壓縮的熱能損失，還有助于提高膨脹時的功率，顯著提高了壓縮空 氣儲能的效率。根據(jù)第一氣體檢測裝置和第二氣體檢測裝置測得的氣路內(nèi)空氣的壓力、溫 度、和流量，可W由公式古算禍旋復(fù)合機的工作功率，其中P,為禍旋復(fù)合 機工作功率，Pd為禍旋復(fù)合機進口壓力，Q為禍旋復(fù)合機排氣流量，P ,為禍旋復(fù)合機排氣壓 力。根據(jù)禍旋復(fù)合機工作情況改變禍旋復(fù)合機的轉(zhuǎn)速和比例流量閥的開度，從而控制壓縮 空氣儲能系統(tǒng)可W實時滿足功率需求，并且工作在優(yōu)化的效率區(qū)間內(nèi)。
[0017] 當(dāng)風(fēng)機功率大于負載需求時，系統(tǒng)包括兩種壓縮空氣儲能方式運行；一種是PC上 位機發(fā)出指令，使電控離合器分離，第一電機發(fā)出的電能經(jīng)過變流裝置被第二電機消耗，超 過負載需求的多余電能帶動禍旋復(fù)合機壓縮空氣儲能；另一種方式是首先通過第二電機W 電動模式帶動禍旋復(fù)合機升速，當(dāng)?shù)诙姍C與第一電機轉(zhuǎn)速相同之后，PC上位機發(fā)出指令 使電控離合器吸合，第二電機與第一電機之間通過機械傳動傳遞能量。
[0018] 當(dāng)風(fēng)機功率小于負載需求時，PC上位機發(fā)出指令使電控離合器分離，風(fēng)力機帶動 第一電機發(fā)電，禍旋復(fù)合機帶動第二電機發(fā)電，共同補足負載所需功率。由于第一電機和第 二電機之間不再有機械傳動，二者的運行狀態(tài)互不干擾，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速可W滿足各自優(yōu)化 運行狀態(tài)。
[0019] 發(fā)明的有益效果為：
[0020] (1)本發(fā)明采用壓縮空氣儲能技術(shù)，采用的禍旋復(fù)合機能夠完成壓縮和膨脹兩種 工作模式，風(fēng)力機捕獲的能量流動方向和比例能夠自由調(diào)整，在高風(fēng)速時壓縮空氣儲能，在 低風(fēng)速時膨脹釋放能量，有效解決了風(fēng)能和負載在長時間尺度上不平衡的問題。同時采用 的儲能裝置成本低、容量大、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高，而且膨脹無需燃燒，綠色環(huán)保；
[0021] (2)本發(fā)明實現(xiàn)了一種壓縮空氣儲能系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無縫高效結(jié)合方式， 其結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單緊湊，部件集成度高，可實現(xiàn)性好，易于搭建和維護；
[0022] (3)本發(fā)明的系統(tǒng)工作模式切換靈活且互不干擾：通過控制離合器的吸合或者分 離，可W將禍旋復(fù)合機切入切出，更換工作模式。同時協(xié)調(diào)兩臺電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制風(fēng)機和 禍旋復(fù)合機，既能各自工作在獨立高效的工作區(qū)內(nèi)，二者結(jié)合時又可W事先匹配轉(zhuǎn)速，消除 結(jié)合的機械沖擊和損耗，系統(tǒng)運行平滑穩(wěn)定；
[0023] (4)本發(fā)明利用了壓縮產(chǎn)熱和膨脹吸熱的熱力學(xué)特性，通過換熱器可W將壓縮過 程中氣體的熱能帶到蓄熱器中存儲起來，在膨脹時被回收利用，降低了熱能損失，做到能量 高效利用。既提高了系統(tǒng)儲能效率，又提高了膨脹發(fā)電功率和效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 其中；1.風(fēng)力機；2.第一變流器；3.蓄電池；4.超級電容點第二變流器；6.第一 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器；7.比例流量閥；8.第一電機；9.電控離合器；10.第一熱交換器；11.第 二電機；12.第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器；13.禍旋復(fù)合機；14.儲氣裝置；15.第二氣體檢測裝置； 16.第二熱交換器；17.蓄熱器；18.單向閥；19.第一氣體檢測裝置；20.氣路。
[0026] 圖2為系統(tǒng)控制框圖。

【具體實施方式】：
[0027] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[002引如圖1所示，一種結(jié)合壓縮空氣儲能和釋放一體化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。包括風(fēng)力機 1、第一電機8、第二電機11、電控離合器9、禍旋復(fù)合機13、氣路20、蓄熱裝置17、儲氣裝置 14、蓄電池3、超級電容4。
[0029] 其中風(fēng)力機1軸和第一電機8相連，軸中間裝有第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器6。禍旋復(fù)合 機13和第二電機11相連，軸中間裝有第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器12。第一電機8和第二電機11 之間可W通過電控離合器9完成分離或連接。
[0030] 所述第一電機8定子繞組接有第一變流器2,第二電機定子繞組接有第二變流器 5,第一變流器2和第二變流器5的驅(qū)動控制指令來自PC上位機。第一變流器2和第二變 流器5之間的直流母線上掛接有瞬時快速儲能裝置（蓄電池3和超級電容4)和用電負載。
[0031] 所述禍旋復(fù)合機13壓縮時產(chǎn)生的氣體通過氣路20,分別經(jīng)過第一氣體檢測裝置 (19、單向閥18、換熱器16、第二氣體檢測裝置15進入儲氣裝置14。在膨脹時，儲氣裝置14 中的氣體通過氣路20,分別經(jīng)第二氣體檢測裝置（包括壓力、溫度、流量傳感器）15、比例流 量閥7、換熱器10、第一氣體檢測裝置（包括壓力、溫度、流量傳感器）19到達禍旋復(fù)合機 13。
[0032] 所述換熱器10和換熱器16共同連接在同一蓄熱裝置17上。
[0033] 系統(tǒng)可W有多種工作模式應(yīng)對工況變化，滿足實際運行需求。
[0034] 其中風(fēng)力機1、第一變流器2、蓄電池3、超級電容4、第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器6、第一 電機8構(gòu)成了傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)；風(fēng)力機1轉(zhuǎn)動可帶動第一電機8發(fā)電，電能通過第 一變流器2到達直流母線。當(dāng)風(fēng)力機受到風(fēng)能波動影響，電機的轉(zhuǎn)速受到擾動時，直流母線 上的電壓和電流會產(chǎn)生高頻波動。對瞬時快速儲能裝置（蓄電池3和超級電容4)進行充 放電可W平抑波動，保證直流母線的穩(wěn)定，W此保證負載平衡和系統(tǒng)穩(wěn)定運行。PC上位機 執(zhí)行系統(tǒng)控制程序，發(fā)出控制指令，通過對第一變流器2的控制，調(diào)節(jié)第一電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn) 矩，進而改變風(fēng)力機的負載，調(diào)整風(fēng)力機運行，完成風(fēng)力機的最大功率的追蹤。第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn) 矩傳感器6的作用是檢測風(fēng)機輸出軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩作為反饋信號，W便PC上位機完成對第一 電機8的閉環(huán)控制。
[0035] 比例流量閥7、第一熱交換器10、第二電機11、第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器12、禍旋復(fù)合 機13、儲氣裝置14、第二氣體檢測裝置15、第二熱交換器16、蓄熱器17、單向閥18、第一氣 體檢測裝置19和氣路20 ;構(gòu)成了壓縮空氣儲能釋放一體化子系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)禍旋復(fù)合機13 的壓縮或者膨脹的不同工作狀態(tài)分為兩種情況；當(dāng)?shù)溞龔?fù)合機13工作在壓縮狀態(tài)時，高溫 高壓空氣沿著氣路20首先到達換熱器16中，與蓄熱器17中循環(huán)的冷媒進行熱交換，熱量 被帶入蓄熱器17中，之后常溫的高壓空氣進入儲氣裝置14儲存；當(dāng)?shù)溞龔?fù)合機13工作在 膨脹狀態(tài)時，來自儲氣裝置14的高壓空氣沿著氣路20通過比例流量閥7在換熱器10中接 受來自蓄熱器17的熱能預(yù)熱，之后到達禍旋復(fù)合機13膨脹做功，帶動電機11發(fā)電。其中 蓄熱器17通過兩條循環(huán)管路與換熱器10和16相連，不僅可W將壓縮時儲存的氣體熱量回 饋給膨脹氣體，減少壓縮的熱能損失，還可配W其他熱交換設(shè)備和管路，用來制取生活用熱 水等其他用途。顯著的拓展了能量利用方式，實現(xiàn)能量梯級利用，提高系統(tǒng)能量利用率。第 一氣體檢測裝置15和第二氣體檢測裝置19的作用是檢測氣路20內(nèi)空氣的壓力、溫度、和 流量，反饋系統(tǒng)實際工作狀態(tài)，為PC上位機確定運行工況提供依據(jù)。同時閉環(huán)控制禍旋復(fù) 合機13的轉(zhuǎn)速和比例流量閥7的開度，從而使壓縮空氣儲能釋放一體化子系統(tǒng)可W實時工 作在優(yōu)化的效率區(qū)間內(nèi)。
[0036] 連接風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)和壓縮空氣儲能釋放一體化子系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)為第一電機 8、電控離合器9、第二電機11組成的動力系統(tǒng)。系統(tǒng)可W根據(jù)不同風(fēng)機工作環(huán)境和負載需 求，靈活選擇W下多種工作模式：
[0037] 當(dāng)風(fēng)機功率正好滿足負載需求時，PC上位機發(fā)出指令使電控離合器9分離，第一 電機8發(fā)電，第二電機11停止。同時根據(jù)風(fēng)速大小、風(fēng)機運行曲線和第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器 6的反饋信號，PC上位機計算第一變流器2的給定控制信號，調(diào)節(jié)第一電機8和風(fēng)機運行情 況，實現(xiàn)風(fēng)機最大功率跟蹤。對于高頻電能的波動可W通過蓄電池和超級電容進行平抑。 [003引當(dāng)風(fēng)機功率遠大于負載需求時，系統(tǒng)可W兩種壓縮空氣儲能方式運行：一種方式 使用電能帶動禍旋復(fù)合機壓縮空氣儲能，首先電控離合器9分離，風(fēng)力機1帶動第一電機8 發(fā)電，第二電機11電動帶動禍旋復(fù)合機13,此時第一電機8發(fā)出的電能經(jīng)過第一變流器2、 直流母線和第二變流器5,被第二電機11消耗，超過負載需求的多余電能轉(zhuǎn)換成壓縮空氣 儲能，PC上位機控制第一電機8和第二電機11的原則是保證風(fēng)機最大功率跟蹤，并且根據(jù) 氣路20內(nèi)空氣的壓力、溫度、和流量等參數(shù)和禍旋復(fù)合機13運行曲線，優(yōu)化壓縮空氣效率； 另一種方式是首先通過第二電機11 W電動模式拖動禍旋復(fù)合機13運轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)溞龔?fù)合機13 與第一電機8轉(zhuǎn)速相同之后，將電控離合器9吸合，PC上位機在保證第二電機11與第一電 機8轉(zhuǎn)速相同的前提下，協(xié)調(diào)控制二者的轉(zhuǎn)矩，使風(fēng)機軸上多余的能量W機械能的方式傳 遞到禍旋復(fù)合機13進行壓縮空氣儲能。第一種方式中風(fēng)力機1的捕獲的機械能在壓縮空 氣儲能時需要經(jīng)過電能的中間環(huán)節(jié)進行轉(zhuǎn)化，效率受到損失，但風(fēng)力機1和禍旋復(fù)合機13 運行互不干擾，控制簡單，可同時實現(xiàn)風(fēng)機最大功率跟蹤和禍旋復(fù)合機13的效率優(yōu)化。第 二種方式中風(fēng)機和禍旋機的結(jié)合方式巧妙，機械沖擊極小，既消除了結(jié)合時的能量損失，又 延長了部件壽命，同時多余能量不再經(jīng)電能環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化，儲能效率更高。
[0039] 當(dāng)風(fēng)機功率遠小于負載需求時，PC上位機發(fā)出指令使電控離合器9分離，風(fēng)力機1 帶動第一電機8發(fā)電，通過第一變流器2調(diào)節(jié)第一電機8的轉(zhuǎn)速，跟蹤最大功率。同時，通 過控制比例閥7的開度，使高壓氣體在氣路20內(nèi)經(jīng)過第一熱交換器加熱后，進入禍旋復(fù)合 機13膨脹做功，帶動第二電機11發(fā)電，通過第二變流器5調(diào)節(jié)第二電機11的轉(zhuǎn)速，跟蹤膨 脹最大效率。此模式下，電機發(fā)電互不干擾共同補足負載所需功率，做到系統(tǒng)效率最大化。
[0040] 上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范 圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍W內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種壓縮空氣儲能和釋放一體化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是：包括風(fēng)力機、電控離 合器、第一電機、第二電機、禍旋復(fù)合機、氣路、儲氣裝置和PC上位機；其中，風(fēng)力機與第一 電機一端軸連，構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)；第二電機與禍旋復(fù)合機軸連，禍旋復(fù)合機的氣口通過 氣路與儲氣裝置相連，構(gòu)成壓縮空氣儲能釋放一體化子系統(tǒng)；所述第一電機和第二電機軸 都是兩端引出，電控離合器將第一電機和第二電機進行軸連，將風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)和壓縮空 氣儲能釋放一體化子系統(tǒng)結(jié)合起來。
2. 如權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲能和釋放一體化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是：所述 風(fēng)力機與第一電機的連接軸上設(shè)置有第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器用以獲得第一發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn) 速；所述第二電機與渦旋復(fù)合機的連接軸上設(shè)置有第二轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器用以獲得第二電機 的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速。
3. 如權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲能和釋放一體化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是：所述 氣路上裝有第一氣體檢測裝置和第二氣體檢測裝置，各自包括壓力傳感器、流量傳感器和 溫度傳感器，第一氣體檢測裝置用以檢測渦旋復(fù)合機氣口的氣體壓力、流量和溫度，第二氣 體檢測裝置用以檢測儲氣裝置的氣體壓力、流量和溫度。
4. 如權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲能和釋放一體化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是：所述 氣路上連接有第一熱交換器、蓄熱器、第二熱交換器、單向閥和比例控制閥，分為兩條氣路； 一條是壓縮氣路，渦旋復(fù)合機壓縮產(chǎn)生的高壓氣體經(jīng)過單向閥和第一換熱器進入儲氣裝 置；另一條是膨脹氣路，儲氣裝置內(nèi)的高壓氣體經(jīng)過比例控制閥和第二換熱器進入渦旋復(fù) 合機膨脹后釋放。
5. 如權(quán)利要求1所述的壓縮空氣儲能和釋放一體化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是：所述 第一電機和第二電機的定子繞組分別連接第一變流器和第二變流器，變流器之間通過直流 母線連接，變流器通過各自的驅(qū)動器控制，驅(qū)動器的控制信號通過PC上位機改變。
6. 如權(quán)利要求5所述的壓縮空氣儲能和釋放一體化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是：所述 直流母線上連接有蓄電池、超級電容和用電負載。
7. 如權(quán)利要求1-6中任一項所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征是：包括以下步 驟： (1) 當(dāng)渦旋復(fù)合機工作在壓縮狀態(tài)時，高溫高壓空氣沿著氣路首先到達換熱器中，壓縮 空氣與蓄熱器中循環(huán)的冷媒進行熱交換，熱量被帶入蓄熱器中儲存起來；高壓空氣進入儲 氣裝置儲存； (2) 當(dāng)渦旋復(fù)合機工作在膨脹狀態(tài)時，來自儲氣裝置的高壓空氣沿著氣路通過比例流 量閥在換熱器中接受來自蓄熱器的熱能預(yù)熱，之后到達渦旋復(fù)合機膨脹做功帶動電機發(fā) 電； (3) 根據(jù)第一氣體檢測裝置和第二氣體檢測裝置測得的氣路內(nèi)空氣的壓力、溫度、和流 量，估算渦旋復(fù)合機的工作功率，根據(jù)渦旋復(fù)合機工作情況改變渦旋復(fù)合機的轉(zhuǎn)速和比例 流量閥的開度； (4) 當(dāng)風(fēng)機功率大于負載需求時，系統(tǒng)以壓縮空氣儲能方式運行；當(dāng)風(fēng)機功率小于負 載需求時，PC上位機發(fā)出指令使電控離合器分離，風(fēng)力機帶動第一電機發(fā)電，渦旋復(fù)合機帶 動第二電機發(fā)電，共同補足負載所需功率。
8. 如權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征是：所述步驟（3)中，其具體方法為： 根據(jù)第一氣體檢測裝置和第二氣體檢測裝置測得的氣路內(nèi)空氣的壓力、溫度、和流量， 可以由公另
估算渦旋復(fù)合機的工作功率，其中ps為渦旋復(fù)合機工作功率， Pd為渦旋復(fù)合機進口壓力，Q為渦旋復(fù)合機排氣流量，Ps為渦旋復(fù)合機排氣壓力。
9.如權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征是：所述步驟（4)中，當(dāng)風(fēng)機功率大于負載 需求時，系統(tǒng)包括兩種壓縮空氣儲能方式運行：一種是PC上位機發(fā)出指令，使電控離合器 分離，第一電機發(fā)出的電能經(jīng)過變流裝置被第二電機消耗，超過負載需求的多余電能帶動 渦旋復(fù)合機壓縮空氣儲能；另一種方式是首先通過第二電機以電動模式帶動渦旋復(fù)合機升 速，當(dāng)?shù)诙姍C與第一電機轉(zhuǎn)速相同之后，PC上位機發(fā)出指令使電控離合器吸合，第二電機 與第一電機之間通過機械傳動傳遞能量。
【文檔編號】F03D9/02GK104481815SQ201410778970
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】張承慧, 李珂, 呂偉龍, 田崇翼, 馬昕 申請人:山東大學(xué)