风电—氢储能与煤化工多能耦合系统监控系统研究与设计

摘要

最近几年迅速增加的风电装机容量带来了严重的弃风率问题。氢气作为清洁的高能量密度能量载体，可以将风能等初级能源转变成电能、热能和化学能等不同类型的终端能源形式，由于具有耦合使用以上能源形式的特性，风电–氢储能与煤化工多能耦合系统(wind power-hydrogen energy storage and coal chemical multi-functional coupling system，WP-HES&CCMFCS）已经成为了新能源领域研究热点。能量管理监控系统作为WP-HES&CCMFCS的关键技术之一，在系统的可靠、高效率运行方面起到关键作用。
　　本研究分析了WP-HES&CCMFCS关键问题和应用可行性，提出了风电-氢储能与煤化地多能耦合系统物理设备基本分布架构，介绍了系统架构的组成模块及各个模块数学模型，分析了各模块之间的作用机理。提出了氢储能系统等效荷电状态分区原则，针对每一种等效荷电状态下的储能系统设计了以系统可靠性和经济性最优为总目标的能量协调管理策略。能量管理监控系统时刻监督着系统运行状态，其设计的优劣性直接影响整体系统稳定可靠性，因此本文设计了以STM32F103为核心控制器、以MCGS触摸屏为监控界面的系统能量管理监控系统，详细介绍了实现监控系统通信、数据采集、管理控制等功能过程中所涉及到的硬件电路、软件开发流程和监控界面组态的过程。最后搭建了能量管理监控系统试验平台，观察系统处在每种工作状态时的运行情况，采集和分析了实验数据。结果显示系统运行稳定、上下位之间的通信正常、数据采集准确。监控系统各运行参数变化曲线分析结果验证了本文设计的能量管理监控系统以及功率协调管理策略的可靠性和可行性。