压缩空气储能系统释能环节轴系建模与振荡分析

摘要

压缩空气储能系统因其具有容量大、寿命长、响应快和调节灵活的特点,有着广阔的应用前景。压缩空气储能的释能环节作为气体压力能向机械能转化并最终产生电能的中间环节,其轴系建模与稳定机理与传统发电机组、风力机组、微型燃气轮机等均存在不同之处。为了研究压缩空气储能系统的轴系振荡特性以进一步分析储能并网后电力系统的稳定性问题,重点介绍了一种典型的四级膨胀压缩空气储能系统释能环节结构,建立了其轴系分段集中质量弹簧模型,并推导了相应的轴系标幺模型。对一个10 MW级压缩空气储能系统进行了轴系固有特性分析,得到了其固有振荡频率和振荡模态,并从电网侧和膨胀机侧分别进行了轴系稳定性分析。基于轴系振荡特性,将系统潜在振荡形式分为冲击性振荡、次同步振荡和超同步振荡三类,对各类振荡形式进行了机理分析和仿真验证,仿真结果表明,CAES释能环节轴系存在多种潜在振荡形式,并根据各类振荡的特性提出了对应的抑制策略。