1、可再生能源的大規(guī)模開發(fā)利用推動(dòng)了全球能源體系的歷史變革，是緩解能源危機(jī)的重要手段之一。然而，風(fēng)能、太陽能等可再生能源具有較強(qiáng)的波動(dòng)性及間歇性等特征，為電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)帶來了新的挑戰(zhàn)。諸多儲(chǔ)能方式中，壓縮空氣儲(chǔ)能因具有環(huán)境友好、壽命長、無相變損失以及容量易于監(jiān)控等突出優(yōu)點(diǎn)而備受國際社會(huì)關(guān)注。當(dāng)前，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)正向大規(guī)?；臀⑿突较虬l(fā)展，其中微型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)以其選址靈活、經(jīng)濟(jì)可靠等優(yōu)勢，日益得到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注。然而壓

2、縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)相對于其他儲(chǔ)能技術(shù)而言效率較低，是阻礙其大規(guī)模發(fā)展的重要因素之一。因此，為提高壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)能量利用和轉(zhuǎn)換的能力，本文以微型壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，從系統(tǒng)關(guān)鍵部件建模入手，多角度分析了系統(tǒng)效率的變化規(guī)律，并對系統(tǒng)效率的優(yōu)化控制方法展開了研究。
　　壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)效率分析與優(yōu)化控制的前提是建立系統(tǒng)關(guān)鍵部件的數(shù)學(xué)模型。本文選用渦旋式膨脹機(jī)作為能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，并提出了一種基于機(jī)理和經(jīng)驗(yàn)的渦旋膨脹機(jī)混合建模方法。該

3、方法綜合考慮氣體泄漏、過欠膨脹及摩擦等因素的影響建立了渦旋膨脹機(jī)體積流量和輸出轉(zhuǎn)矩的機(jī)理模型，選取進(jìn)氣壓力、溫度和轉(zhuǎn)速等作為模型的控制變量，對其他參數(shù)進(jìn)行集總并利用大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練未知參數(shù)，最終獲得了渦旋膨脹機(jī)的混合模型。該混合模型兼顧機(jī)理模型的精確性和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓こ虒?shí)用性，極適用于微型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率分析和優(yōu)化控制。
　　在渦旋膨脹機(jī)混合模型的基礎(chǔ)上，本文引入空氣有效能的概念建立了膨脹效率評價(jià)指標(biāo)。根據(jù)該效率評價(jià)指標(biāo)，本

4、文首先分析了渦旋膨脹機(jī)的膨脹效率隨進(jìn)氣壓力、溫度和轉(zhuǎn)速等控制變量的變化規(guī)律，可知不同進(jìn)氣壓力下存在最優(yōu)轉(zhuǎn)速使膨脹效率達(dá)到最大值。進(jìn)而，本文定量定性地分析了計(jì)及熱（冷）量的微型壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)效率，仿真結(jié)果反映了有效利用系統(tǒng)產(chǎn)生的熱（冷）量可大幅提升系統(tǒng)能量綜合利用能力。最后，本文從空氣有效能的角度定量計(jì)算了由調(diào)壓閥造成的節(jié)流損耗，分析了不同節(jié)流壓力大小對系統(tǒng)效率的影響。
　　本文在系統(tǒng)效率變化規(guī)律的基礎(chǔ)上提出了效率優(yōu)化策略，即

5、在系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)保證輸出功率平衡功率需求，同時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行于效率高效區(qū)。該優(yōu)化策略基于渦旋膨脹機(jī)混合模型，選用拉格朗日乘子法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法，搜索系統(tǒng)最優(yōu)工作點(diǎn)。該優(yōu)化策略建立在混合模型的優(yōu)勢之上，大大簡化了優(yōu)化算法的復(fù)雜度，同時(shí)滿足精確性和快速性的工程需求，極適用于實(shí)時(shí)優(yōu)化控制系統(tǒng)。
　　最后本文介紹了微型壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)控制平臺，試驗(yàn)驗(yàn)證了基于渦旋膨脹機(jī)混合模型的效率優(yōu)化策略的合理性。通過試驗(yàn)驗(yàn)證了不同功率需求下的優(yōu)化結(jié)果