新型海上风电机组及压缩空气储能系统的建模与控制附Matlab代码

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🔥 内容介绍

随着全球能源转型的加速，海上风电作为可再生能源的重要组成部分，其装机容量持续快速增长。然而，风能的间歇性和波动性给电网稳定运行带来了巨大挑战。压缩空气储能（Compressed Air Energy Storage, CAES）技术因其容量大、寿命长、成本相对较低等优势，成为平抑风电波动、提高能源利用效率的理想选择。本文将聚焦新型海上风电机组与压缩空气储能系统的协同建模与控制策略，从系统结构、数学建模、控制算法到性能优化展开全面分析。

一、系统构成与工作原理

（一）新型海上风电机组

1. 技术特点：新型海上风电机组通常采用大容量、长叶片、浮动式基础设计，单机容量可达 10MW 以上。与传统陆上风电机组相比，其具有更高的风能利用系数，但也面临更复杂的海洋环境（如强风、波浪、盐雾腐蚀）和更严苛的控制要求。

1. 能量转换过程：风轮机捕获风能并将其转化为机械能，通过齿轮箱（或直驱式发电机）驱动发电机产生电能。变桨系统通过调整叶片角度控制风轮机转速，实现最大功率追踪；偏航系统则使风轮机对准风向，提高风能捕获效率。

（二）压缩空气储能系统

1. 基本组成：CAES 系统主要由压缩机、储气装置、膨胀机和换热器等部分组成。根据是否需要燃烧燃料，可分为传统 CAES（依赖天然气燃烧）和 adiabatic CAES（绝热压缩空气储能，AA-CAES），后者通过储热装置回收压缩热，能效更高，更符合低碳发展需求。

1. 工作模式：

• 储能阶段：当风电出力过剩时，利用多余电能驱动压缩机将空气压缩并存入储气装置（如海底洞穴、高压容器），同时将压缩过程中产生的热量储存在储热罐中。

• 释能阶段：当风电出力不足或电网需求增加时，高压空气从储气装置释放，经换热器加热后驱动膨胀机发电，满足电网供电需求。

（三）协同系统结构

新型海上风电机组与 CAES 系统通过海底电缆和电力电子变换器连接，形成 “发电 - 储能” 一体化系统。该系统可通过中央控制器实现两者的协调运行：风电优先直接上网，过剩电能用于储能，不足时调用储能系统补充，从而平抑风电波动，提高系统对电网的友好性。

⛳️ 运行结果

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🔗 参考文献

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