传统应用于热电厂的压缩空气储能系统规模一般达兆瓦级，主要用于调节电力负载，稳定网压波动，提高可再生能源发电利用率等场合。1978年，德国Huntorf建立了**座应用型290MW压缩空气储能电厂。1991年，美国Mcintosh建设了一座110MW，一次可持续工作26h的压缩空气储能电站。2009年，美国能源部专项基金支持了一项耗资4亿美元，计划在加州Kern城兴建的300MW压缩空气储能电站。同年，设计容量为2700MW的压缩空气储能电站项目在俄亥俄州Norton市投入建设。2010年，该部又以3000万美元支持了一项计划在纽约WatkinsGlen建设150MW为可再生能源发电配套的压缩空气储能项目。2011年，美国德州Gaines开始建设一座2MW风力发电压缩空气储能配套系统，并于2012年底完成，储能容量500MW.h，成为世界上第3个CAES发电的应用案例。2013年，德国计划兴建**座绝热压缩空气储能电厂ADELE，设计容量200MW.美国爱荷华州储能公园项目设计了容量为2300MW的压缩空气储能系统，预计2015年投产发电。美国德州计划在2016年前建设一座317MW的电厂，其中压缩空气储能容量为1/4.中国电机工程学报大规模压缩空气储能以其高可靠性、经济性和环境友好性等特点，成为一种很有前景的存储方式，正受到越来越多的关注。另一方面，大规模压缩空气储能的应用又受到诸多条件限制，包括独特的地理位置，高昂的前期成本，还有因存储压力受限而导致的效率退化等问题。微小规模的压缩空气储能通过缩小存储体积，增大气体压力，提高转换效率等方法，更好地利用CAES的技术特点，拓展应用空间。
液气压缩空气储能技术利用液体活塞的概念，通过液体注入实现空间气体压缩。空气压缩释放过程中热能的处理和利用对系统的工作效率和能量转换效率至关重要。相比通过往复式压缩机、螺杆泵和叶片泵来实现空气压缩释放，液气压缩具有更高的热转换效率。液气压缩还解决了直接空气压缩技术中无法克服的气体泄露和摩擦损耗等问题，从另一个方面提高了系统的工作效率。液气压缩技术包括封闭式液气混合压缩和开放式液气循环压缩。液气混合压缩系统结构简单，控制方式灵活，但存储能量有限，对注入液体的体积有较高要求。液气循环压缩技术利用多个小的腔室实现气体压缩，循环累积以达到*终的压缩指标。这种技术能保证较高的能量密度，不依赖液体体积，适用于不同环境。但是系统结构复杂，工作效率不如混和液气压缩技术，而且对控制的要求较高。
本文提出一种新型的机械全桥式液气循环压缩空气储能方案。利用单腔室液体活塞技术，以全桥电路的控制理念实现液体阀门控制。通过对系统进行宏观能流表示法建模仿真，分析该系统的总体工作特性。并对系统的控制进行研究，以提高系统的压缩效率。
1机械全桥式液气循环压缩空气储能工作特性1.1系统结构机械全桥式液气循环压缩空气储能系统由电气驱动和热力学转换2部分构成。电气驱动部分包括电机、变流器、液泵、电磁阀门以及相关电气检测和控制单元。热力学转换部分包括液压管路、气体管路、高压储液罐、液体容器、高压储气罐以及阀门和热交换器单元。为系统结构，其中：1，T2，T3，T4为电磁液体阀门；Gal，Ga2，Ga3，Ga4为电磁气体阀门；Mf为液位传感器；Mp为压力传感器。
高压气罐液气循环压缩空气储能系统1.2工作过程在压缩储能工作状态时，控制变流器使电机电动运行，带动液栗将Ca罐中液体注入Cb中，将CB中的气体压缩。Ga2关闭，Ga3开通保证气体往高压气灌注入。液体阀门1，T4开通，T2，T3关闭，注入一定体积的液体。此过程称为压缩过程。之后Ga3关闭，Ga2开通保证CB液罐常压维持。液体阀门1，T4关闭，T2，T3开通，液泵将CB中液体抽入到CA中，此过程称为预压缩过程。在液体阀门开通关断转换过程中，也要设置死区时间，防止液泵负载冲击。整个过程类似全桥电路PWM控制。压缩过程控制阀门按照方式工作。
在能量释放状态工作时，控制高压气体释放，驱动CB罐中液体往CA流动，带动液力马达旋转，使电机发电运行，控制变流器维持输出电压。同理也存在膨胀过程和预膨胀过程。与压缩过程**区别是加入Gal的控制，维持CA有一定压力，保证预膨胀过程中液体的回流。膨胀释能时阀门控制如所示。
黄先进等：液气循环压缩空气储能系统建模与压缩效率优化控制1.3压缩过程能量转换特性液气循环压缩空气储能系统的压缩和释放按照理想气体恒温过程来分析。根据理想气体状态方程：常数，287J/（molK）；左为摩尔气体数，mol；7为温度，K.恒温过程中压力和体积关系根据波义耳双曲线定义为CB液罐的液体体积为Fu，且保持6=心的关系。经过第（次压缩后，外部做功为面高度差；/为压缩次数；《为气罐液灌体积倍数。
实际做功按式（4）描述，表不为通过式（7）―（9）可计算整个压缩过程的压缩气体做功效率……定义电机效率为7me.，变流器效率为7mv，液泵工作效率为/7pum.整个压缩储能过程外部做功的压缩效率可表示为2宏观能流表示法系统建模设定从初始状态（Fi，八，T！）到目的状态（Ff，Pf，压缩过程做功表示为根据热力学**定律，压缩空气产生热能要完全转移才能达到温度不变。在实际工作中，这种完全的热交换是难以实现的，因此恒温压缩过程无法真正实现。实际上，利用减小压缩比，增加压缩次数并保证良好热交换的方法，用绝热压缩和等容降温来实现准恒温压缩。
对于绝热压缩过程，通过引入绝热指数广把气体状态方程改写为可得出绝热压缩过程做功为可得到描述压缩效率的关系式为2.1宏观能流表示法概述点是以能量的传递为控制主线，将系统各组成单元描述为激励-反应的能动模型。对于电气系统，可通过电压电流来反映能量，电压电流的相互影响就是激励-反应的*终表现。对于热力学系统，能量可以通过压力和体积描述。对于机械力学系统，能量又可以通过力矩和速度来描述。利用EMR建模，可以实现复杂能量源系统的直观能流控制，在混合电动汽车、风力发电、工业自动化等方面应用广泛。
液气循环压缩空气储能系统包含电气、机械、热力学等不同能量状态的传递与转换，利用EMR进行仿真建模，可简化系统控制，提高设计开发效率。为EMR基本模型库示例。
2.2液气循环压缩空气储能EMR模型根据的系统结构图，描述出对应储能系统的能量通路如所示，分为电气系统，机械系统和热力学系统3部分。依此3部分单独进行EMR建模。电气部分由直流电压源，滤波电容和全桥式变换器构成。对于直流母线，约束条件为假设高压储气罐的体积为Fs，每次压缩注入连接点约束条件为中国电机工程学报心。为斩波器输出。直流电机约束条件为液压I系统能量通路此处利用四象限斩波器和直流电机实现机电能量变换。斩波器约束条件为宏观能流表示法模型示意制系数。
联轴器用来传递机械能量，其约束条件为液泵是压缩气体机械能热力能转换的关键，采用双向定积液力泵，约束条件为/2为转速；为泵容积；A：leak为泄露系数；iHP为哈泊系数；为泵积效率；知为泵机效率；vF为流体运动黏度；为液体密度；为泵额定压力；/为泵额定转速：为额定流体运动黏度。
阀门是没有能量积累的开关，属于机械能量转换器。阀门的动作只会影响输出液体的流量和压力，约束条件为控制设计输入输出输出「5厂子模型~\yrJ/）」反函数反演基础控制依据液泵的工作特性，输入给定流量值gPmref，联合检测量gPmm、ftm+m，引入P-I控制器Cv⑴实现反演控制：联轴器是一个蓄能EMR模型，引入一个速度控制器⑴，可以用P-I控制实现。依据式（15），引入2个观测量，实现反演控制：依据电机方程式（14），可通过转矩rdcrcf直接反转产生电流信号/ranref为也可采用P-I控制实现。通过定子电流和检测电压电流，决定变流器输出电压为变流器反演控制依据式（13），由观测电压和给定电压决定为关控制，整个系统的反演控制框图如所示。
3压缩效率优化控制通过EMR建模和IBC控制，可以使液气循环压缩空气储能系统工作，但工作效率无法保证。为了提高蓄能压缩的效率，引入压缩效率优化控制方Escn.压缩空气储能电站的市场前景。中国储能网，2011-1-23（8）。
陈欢欢，压缩空气储能应用前景广阔。中国科学报，2011-4-11（7）。
张丽英，叶廷路，辛耀中，等。大规模风电接入电网的相关问题和措施。中国电机工程学报，2010，徐玉杰，陈海生，谭春青，等。风光互补的压缩空气储能与发电一体化系统特性分析。中国电机工程学报，2012，T黄先进（1980），男，讲师，主要研究方向为载运工具动力系统，电力变流技术，郝瑞祥（1977），男，副教授，主要研究方向为变流技术与特种电源；张立伟（1977），男，副教授，主要研究方向为载运工具运用及系统集成。
（编辑李泽荣）
