專利名稱：電儲能、電力調(diào)峰運行方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種電儲能、電力調(diào)峰運行方法及裝置，涉及電網(wǎng)錯峰調(diào)節(jié)的兆 瓦級電力電子變換技術，是用于改善電網(wǎng)負荷能力的裝置。
背景技術：
目前， 一般發(fā)電廠發(fā)出的電不能大量存儲，即發(fā)即用，而電網(wǎng)的使用存在
高峰和低谷期。深夜是用電的谷期，用電量少，剩余電多，造成電能的浪費； 白天和前夜是用電高峰期，使得電能不足，特別是用電緊張時期，就會產(chǎn)生區(qū) 域限電使用，給生產(chǎn)、生活帶來不便?，F(xiàn)有的儲能調(diào)峰技術有抽水儲能、儲熱 儲冷、飛輪儲能、壓縮空氣儲能等技術。
一抽水儲能抽水儲能電站在應用時必須配備上、下游兩個水庫。在負荷 低谷時段，抽水儲能設備工作在電動機狀態(tài)，將下游水庫的水抽到上游水庫保 存。在負荷高峰時，抽水儲能設備工作于發(fā)電機狀態(tài)，利用儲存在上游水庫中 的水發(fā)電。但抽水儲能發(fā)電站投資大，建設周期長，占地面積大，效能低，必 須有水利資源等缺點。
二熱儲冷儲能熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)在用電低峰期將多于電力轉(zhuǎn)化為熱能加于儲 存，在用電高峰期利用儲存的熱能發(fā)電，達到調(diào)節(jié)作用。 一些電制冷企業(yè)利用 用電低峰期富余電力制冷，在用電高峰期利用儲存的冷源制冷，減少在用電高 峰期的用電。
三飛輪儲能在谷值負荷時，將多余電力輸入電機，使其驅(qū)動飛輪加速， 此后飛輪保持在高速下轉(zhuǎn)動，到出現(xiàn)峰值負荷時，讓飛輪驅(qū)動電機作為發(fā)電機 運行，使飛輪的動能變成電能供給電網(wǎng)。該技術是屬于新技術領域，其面臨的 最大瓶頸是要采用磁浮軸承、高強度材料，使得價格非常昂貴。
四壓縮空氣儲能該方式應用在調(diào)峰用燃氣輪機發(fā)電廠中。當電廠有剩余 電時，利用剩余電將空氣壓縮后存儲能量；當電能不足時，將儲存的能量釋放，以上技術是機械物理儲能技術， 一般用戶不能直接使用。這些技術一般應用 在不同的發(fā)電廠中，投資大、建設周期長、必須有特定的資源(例如水)等缺
點，且能量轉(zhuǎn)換效率偏低， 一般在40% 70%之間。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用電力電子技術來實現(xiàn)的電儲能、電力調(diào)峰運 行方法及裝置，該裝置不僅可實現(xiàn)電網(wǎng)錯峰調(diào)節(jié)，平滑電網(wǎng)負荷，而且還可以 節(jié)約能源，提高電網(wǎng)運行效率，與傳統(tǒng)的儲能錯峰調(diào)節(jié)方式相比較，本效率高 達80%，是一種新型綠色節(jié)能裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 一種電儲能、電力調(diào)峰運行方法及裝置，它包 括兆瓦級雙向變換器、大容量的儲能單元和監(jiān)控單元。電網(wǎng)谷電時段，用戶用 電量少，電網(wǎng)負荷輕，此時電網(wǎng)將大容量儲能單元作為負載，給其充電，儲能 單元存儲該時段電能，增加電網(wǎng)負荷；電網(wǎng)峰電時段，是用電高峰期，電網(wǎng)負 荷急劇增大，此時大容量儲能單元作為附加電源與電網(wǎng)共同給負載供電，減輕 電網(wǎng)負荷。如此本發(fā)明就可實現(xiàn)將谷電時段存儲的電能用于峰電時段，充分利 用谷電時段電能，提高電網(wǎng)的運行效率，緩解峰電時段供電的緊張，依據(jù)裝機 容量大小不同，電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)量可以達到5%—40%，實現(xiàn)電網(wǎng)錯峰用電，平滑 電網(wǎng)負荷。
該發(fā)明的工作原理是這樣的如圖1所示，監(jiān)控單元將市電和電池采樣信號 送微處理器處理，產(chǎn)生n路驅(qū)動信號，該n路驅(qū)動信號送給兆瓦級雙向變換器， 控制變換器的工作模式；當電網(wǎng)谷電時段，監(jiān)控單元產(chǎn)生的n路P西信號控制 變換器工作，使其處于充電狀態(tài)，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，給儲能單元充電； 當電網(wǎng)峰電時段，監(jiān)控單元產(chǎn)生的n路P醫(yī)信號控制變換器工作，使其處于逆變狀態(tài)，變換器將儲能單元直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，對電網(wǎng)進行放電。小規(guī)模 應用時，本裝置直接并接在電網(wǎng)側(cè)，與電網(wǎng)一同給負載供電，見附圖5;大規(guī)模 應用時本裝置通過變電裝置與城市電網(wǎng)并聯(lián)，見附圖6。由于兆瓦級雙向變換器 是直接并網(wǎng)型的，因此可實現(xiàn)局部區(qū)域多機并聯(lián)擴容，也可以實現(xiàn)多用戶、寬 區(qū)域的多機并聯(lián)，形成寬區(qū)域分布式多機并網(wǎng)，大幅度提高電網(wǎng)運行效率，節(jié) 約能源。
圖l為本發(fā)明裝置結構框圖2為雙向變換器功率變換模塊(方式一)；
圖3為雙向變換器功率變換模塊(方式二)；
圖4為雙向變換器功率變換模塊(方式三)；
圖5為適用低壓電網(wǎng)多臺裝置并聯(lián)擴容示意圖6為適用高壓電網(wǎng)多臺裝置并聯(lián)擴容示意圖7為寬區(qū)域分布式多機并網(wǎng)示意圖。
具體實施例方式
圖l所示是本發(fā)明的結構框圖，本裝置是由兆瓦級雙向變換器、大容量儲能 單元和監(jiān)控單元三部分組成。其中監(jiān)控單元主要由采樣電路和微處理器構成， 兆瓦級雙向變換器由驅(qū)動模塊和功率變換模塊構成。采樣電路接收來自市電和 電池的檢測信號后，將數(shù)據(jù)送微處理器處理，微處理器根據(jù)接收的數(shù)據(jù)產(chǎn)生相 應的控制信號來控制變換器的工作狀態(tài)，使得變換器工作狀態(tài)隨電網(wǎng)負荷和時 段的變化而變換，實現(xiàn)儲能單元的充放電，電網(wǎng)的錯峰調(diào)節(jié)和谷電電能的有效 利用。
圖1所示的兆瓦級雙向變換器的功率變換模塊可有多種的實現(xiàn)方式，見圖2 4,在實際應用中可根據(jù)不同的需求采取不同的方式來實現(xiàn)。圖2是雙向變換器 功率變換模塊(方式一)，它由3組半橋臂(Q1 Q6)、上下兩組直流電容組(Cl、 C2)、和三組LC濾波電路組成，當變換器處充電狀態(tài)時，此時3組半橋臂作為 整流橋使用，三相交流電經(jīng)LC濾波后，通過整流橋整流，再經(jīng)上下兩組直流電 容濾波給電池充電；當變換器處于逆變狀態(tài)時，此時3組半橋臂作為逆變橋使 用，直流電經(jīng)逆變橋逆變后，通過LC濾波直接并網(wǎng)，這種方式轉(zhuǎn)換效率高。圖 3是雙向變換器功率變換模塊(方式二)，它由3組全橋臂(Q1 Q12)、 一組直 流電容組(Cl)、三組LC濾波電路和隔離變壓器(T1 T3)組成，該方式的工 作原理與方式一基本相同，不同的是該方式采用3組的全橋臂，Tl、 T2、 T3可 以是單個三相變壓器，也可以是三個獨立變壓器，與第一種方式相比較轉(zhuǎn)換效 率較低些，但交直流具備電氣隔離，安全性能高。圖4是雙向變換器功率變換 模塊(方式三)，它由3組半橋臂(Q1 Q6)、 一組直流電容組(Cl)、三個交流 電容(C2 C4)、和隔離變壓器(Tl)組成，該方式與第二種方式一樣都屬于隔 離式雙向變換器，不同的是較第二種方式，該方式采用采用的是3組半橋臂， 電路結構比較簡單。
圖1的大容量儲能單元是用于電力調(diào)峰的，需要很大的儲能容量。目前的儲 能方式有化學儲能和電磁場儲能等?；瘜W儲能就是采用可充電電池儲能，常見 的有鉛酸電池，其典型功率額定值可達lkW 50MW;還有鋅溴電池、全釩電池、 鈉硫電池等液流電池和由這些電池派生的密閉式蓄電池以及一種基于薄液層氧 化還原偶的超級電容器技術開發(fā)的液相電池，NaS， Li電池等，其典型功率額定 值可達千瓦至兆瓦級。電磁場儲能是真正意義上的儲存電能，是新技術領域， 它分為電場儲能和磁場儲能。磁場儲能目前看好是超導磁儲能(SMES)，電場儲 能主要是超級電容器儲能，采用高介電常數(shù)、大表面積、強耐壓能力的超級電容器，功率最大可達兆瓦級，只是目前額定容量值偏低，但隨著技術的發(fā)展， 該缺陷還是可突破的。
圖5為適用低壓電網(wǎng)多臺裝置并聯(lián)擴容示意圖。本裝置是直接并網(wǎng)型，并聯(lián) 的多臺裝置之間不會互相影響，容易實現(xiàn)功率擴容。假設一臺裝置功率為1MW, 而用戶所需功率10MW,則n=10。由于本裝置是將谷電期的電存儲后用于峰電 期，使得生產(chǎn)不受用電的限制，而且谷電期電價比較便宜，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計， 一個 工廠的電費大概可節(jié)約40% 50%，從而產(chǎn)生明顯的企業(yè)經(jīng)濟效益和節(jié)能減排 社會效果。
圖7為寬區(qū)域分布式多機并網(wǎng)示意圖。通過該方式，可組成大容量的電網(wǎng)調(diào) 節(jié)系統(tǒng)。以一工業(yè)區(qū)為例，該工業(yè)區(qū)有100家工廠，平均每個工廠用電容量l麗， 當每個工廠在電網(wǎng)側(cè)安裝0.5MW本裝置，這樣該工業(yè)區(qū)組成的電網(wǎng)調(diào)峰系統(tǒng)為 50MW,相當于50%的調(diào)節(jié)容量，可大幅度緩解峰電用電的緊張程度，提高電網(wǎng)運 行效率，節(jié)約能源。
本裝置在市電網(wǎng)絡發(fā)生災難性停電時，可以實現(xiàn)局部區(qū)域用戶重要用電設備 在短時間內(nèi)的應急供電，起到減災、防災的作用，對通信企業(yè)、醫(yī)院、化工企 業(yè)、公眾場所、軍事目標、救災指揮系統(tǒng)等起到一定的應急保障作用。
權利要求
1、一種電儲能、電力調(diào)峰運行方法，它是采用電力電子技術來實現(xiàn)的，由兆瓦級雙向變換器、大容量儲能單元、監(jiān)控單元三部分組成；監(jiān)控單元將市電和電池采樣信號送微處理器處理，產(chǎn)生n路驅(qū)動信號，該n路驅(qū)動信號送給兆瓦級雙向變換器，控制變換器的工作模式；當電網(wǎng)谷電時段，監(jiān)控單元產(chǎn)生的n路PWM信號控制變換器工作，使其處于充電狀態(tài)，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，給儲能單元充電；當電網(wǎng)峰電時段，監(jiān)控單元產(chǎn)生的n路PWM信號控制變換器工作，使其處于逆變狀態(tài)，變換器將儲能單元直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，對電網(wǎng)進行放電。
2、 根據(jù)權利要求l所述的一種電儲能、電力調(diào)峰運行方法，其特征在于可 進行區(qū)域分布式并網(wǎng)，組成大容量的電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
3、 一種電儲能、電力調(diào)峰運行裝置，它是采用電力電子技術來實現(xiàn)的，由 兆瓦級雙向變換器、大容量儲能單元、監(jiān)控單元三部分組成；兆瓦級雙向變換 器接入市電電網(wǎng)和大容量儲能單元，監(jiān)控單元接入電網(wǎng)及大容量儲能單元，采 集電網(wǎng)及大容量儲能單元數(shù)據(jù)，監(jiān)控單元控制信號輸入至兆瓦級雙向變換器。
4、 根據(jù)權利要求3所述的一種電儲能、電力調(diào)峰運行裝置，其特征在于 雙向變換器是應用電力電子變換技術實現(xiàn)的，其功率是兆瓦等級的；該變換器 的功率模塊采用IGBT模塊。
5、 根據(jù)權利要求3所述的一種電儲能、電力調(diào)峰運行裝置，其特征在于 所述的儲能單元是大容量儲能單元，大容量儲能單元主要采用蓄電池和超級電 容來實現(xiàn)，或采用液相電池或液流電池來實現(xiàn)。
6、 根據(jù)權利要求3所述的一種電儲能、電力調(diào)峰運行裝置，可直接多組裝 置并聯(lián)，實現(xiàn)儲能和調(diào)峰的功率擴容。
7、 根據(jù)權利要求3所述的一種電儲能、電力調(diào)峰運行裝置，可進行區(qū)域分 布式并網(wǎng)，組成大容量的電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明針對電網(wǎng)峰谷時段供電能力的不同，提出一種采用電力電子技術來實現(xiàn)的電儲能、電力調(diào)峰運行方法及裝置。本裝置將電網(wǎng)谷電時段電能存儲，然后在峰電時段釋放已存儲的電能，給負載供電，改善電網(wǎng)的負荷能力，提高電網(wǎng)運行效率。本發(fā)明可將多套裝置直接并聯(lián)，實現(xiàn)功率擴容，滿足用戶需求；同時還可進行區(qū)域分布式并網(wǎng)，組成大容量的電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
文檔編號H02J3/28GK101447677SQ200810071758
公開日2009年6月3日 申請日期2008年9月9日 優(yōu)先權日2008年9月9日
發(fā)明者沈小娟, 陳建平, 陳賜松 申請人:廈門科華恒盛股份有限公司;漳州科華技術有限責任公司