專利名稱：電儲(chǔ)能、電力調(diào)峰運(yùn)行方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種電儲(chǔ)能、電力調(diào)峰運(yùn)行方法及裝置，涉及電網(wǎng)錯(cuò)峰調(diào)節(jié)的兆 瓦級(jí)電力電子變換技術(shù)，是用于改善電網(wǎng)負(fù)荷能力的裝置。
背景技術(shù)：
目前， 一般發(fā)電廠發(fā)出的電不能大量存儲(chǔ)，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(fèi)； 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(shí)期，就會(huì)產(chǎn)生區(qū) 域限電使用，給生產(chǎn)、生活帶來(lái)不便?，F(xiàn)有的儲(chǔ)能調(diào)峰技術(shù)有抽水儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱 儲(chǔ)冷、飛輪儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等技術(shù)。
一抽水儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能電站在應(yīng)用時(shí)必須配備上、下游兩個(gè)水庫(kù)。在負(fù)荷 低谷時(shí)段，抽水儲(chǔ)能設(shè)備工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，將下游水庫(kù)的水抽到上游水庫(kù)保 存。在負(fù)荷高峰時(shí)，抽水儲(chǔ)能設(shè)備工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，利用儲(chǔ)存在上游水庫(kù)中 的水發(fā)電。但抽水儲(chǔ)能發(fā)電站投資大，建設(shè)周期長(zhǎng)，占地面積大，效能低，必 須有水利資源等缺點(diǎn)。
二熱儲(chǔ)冷儲(chǔ)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(chǔ) 存，在用電高峰期利用儲(chǔ)存的熱能發(fā)電，達(dá)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(chǔ)存的冷源制冷，減少在用電高 峰期的用電。
三飛輪儲(chǔ)能在谷值負(fù)荷時(shí)，將多余電力輸入電機(jī)，使其驅(qū)動(dòng)飛輪加速， 此后飛輪保持在高速下轉(zhuǎn)動(dòng)，到出現(xiàn)峰值負(fù)荷時(shí)，讓飛輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為發(fā)電機(jī) 運(yùn)行，使飛輪的動(dòng)能變成電能供給電網(wǎng)。該技術(shù)是屬于新技術(shù)領(lǐng)域，其面臨的 最大瓶頸是要采用磁浮軸承、高強(qiáng)度材料，使得價(jià)格非常昂貴。
四壓縮空氣儲(chǔ)能該方式應(yīng)用在調(diào)峰用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠中。當(dāng)電廠有剩余 電時(shí)，利用剩余電將空氣壓縮后存儲(chǔ)能量；當(dāng)電能不足時(shí)，將儲(chǔ)存的能量釋放，以上技術(shù)是機(jī)械物理儲(chǔ)能技術(shù)， 一般用戶不能直接使用。這些技術(shù)一般應(yīng)用 在不同的發(fā)電廠中，投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、必須有特定的資源(例如水)等缺
點(diǎn)，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(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的電儲(chǔ)能、電力調(diào)峰運(yùn) 行方法及裝置，該裝置不僅可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)錯(cuò)峰調(diào)節(jié)，平滑電網(wǎng)負(fù)荷，而且還可以 節(jié)約能源，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率，與傳統(tǒng)的儲(chǔ)能錯(cuò)峰調(diào)節(jié)方式相比較，本效率高 達(dá)80%，是一種新型綠色節(jié)能裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種電儲(chǔ)能、電力調(diào)峰運(yùn)行方法及裝置，它包 括兆瓦級(jí)雙向變換器、大容量的儲(chǔ)能單元和監(jiān)控單元。電網(wǎng)谷電時(shí)段，用戶用 電量少，電網(wǎng)負(fù)荷輕，此時(shí)電網(wǎng)將大容量?jī)?chǔ)能單元作為負(fù)載，給其充電，儲(chǔ)能 單元存儲(chǔ)該時(shí)段電能，增加電網(wǎng)負(fù)荷；電網(wǎng)峰電時(shí)段，是用電高峰期，電網(wǎng)負(fù) 荷急劇增大，此時(shí)大容量?jī)?chǔ)能單元作為附加電源與電網(wǎng)共同給負(fù)載供電，減輕 電網(wǎng)負(fù)荷。如此本發(fā)明就可實(shí)現(xiàn)將谷電時(shí)段存儲(chǔ)的電能用于峰電時(shí)段，充分利 用谷電時(shí)段電能，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率，緩解峰電時(shí)段供電的緊張，依據(jù)裝機(jī) 容量大小不同，電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)量可以達(dá)到5%—40%，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)錯(cuò)峰用電，平滑 電網(wǎng)負(fù)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(hào) 送微處理器處理，產(chǎn)生n路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該n路驅(qū)動(dòng)信號(hào)送給兆瓦級(jí)雙向變換器， 控制變換器的工作模式；當(dāng)電網(wǎng)谷電時(shí)段，監(jiān)控單元產(chǎn)生的n路P西信號(hào)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(chǔ)能單元充電； 當(dāng)電網(wǎng)峰電時(shí)段，監(jiān)控單元產(chǎn)生的n路P醫(yī)信號(hào)控制變換器工作，使其處于逆變狀態(tài)，變換器將儲(chǔ)能單元直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，?duì)電網(wǎng)進(jìn)行放電。小規(guī)模 應(yīng)用時(shí)，本裝置直接并接在電網(wǎng)側(cè)，與電網(wǎng)一同給負(fù)載供電，見(jiàn)附圖5;大規(guī)模 應(yīng)用時(shí)本裝置通過(guò)變電裝置與城市電網(wǎng)并聯(lián)，見(jiàn)附圖6。由于兆瓦級(jí)雙向變換器 是直接并網(wǎng)型的，因此可實(shí)現(xiàn)局部區(qū)域多機(jī)并聯(lián)擴(kuò)容，也可以實(shí)現(xiàn)多用戶、寬 區(qū)域的多機(jī)并聯(lián)，形成寬區(qū)域分布式多機(jī)并網(wǎng)，大幅度提高電網(wǎng)運(yùn)行效率，節(jié) 約能源。


圖l為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)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(tái)裝置并聯(lián)擴(kuò)容示意圖6為適用高壓電網(wǎng)多臺(tái)裝置并聯(lián)擴(kuò)容示意圖7為寬區(qū)域分布式多機(jī)并網(wǎng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖l所示是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖，本裝置是由兆瓦級(jí)雙向變換器、大容量?jī)?chǔ)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(gòu)成， 兆瓦級(jí)雙向變換器由驅(qū)動(dòng)模塊和功率變換模塊構(gòu)成。采樣電路接收來(lái)自市電和 電池的檢測(cè)信號(hào)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(yīng)的控制信號(hào)來(lái)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(fù)荷和時(shí) 段的變化而變換，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能單元的充放電，電網(wǎng)的錯(cuò)峰調(diào)節(jié)和谷電電能的有效 利用。
圖1所示的兆瓦級(jí)雙向變換器的功率變換模塊可有多種的實(shí)現(xiàn)方式，見(jiàn)圖2 4,在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)不同的需求采取不同的方式來(lái)實(shí)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(dāng)變換器處充電狀態(tài)時(shí)，此時(shí)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(guò)整流橋整流，再經(jīng)上下兩組直流電 容濾波給電池充電；當(dāng)變換器處于逆變狀態(tài)時(shí)，此時(shí)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(guò)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(gè)三相變壓器，也可以是三個(gè)獨(dú)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(gè)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(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。
圖1的大容量?jī)?chǔ)能單元是用于電力調(diào)峰的，需要很大的儲(chǔ)能容量。目前的儲(chǔ) 能方式有化學(xué)儲(chǔ)能和電磁場(chǎng)儲(chǔ)能等?；瘜W(xué)儲(chǔ)能就是采用可充電電池儲(chǔ)能，常見(jiàn) 的有鉛酸電池，其典型功率額定值可達(dá)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(jí)電容器技術(shù)開(kāi)發(fā)的液相電池，NaS， Li電池等，其典型功率額定 值可達(dá)千瓦至兆瓦級(jí)。電磁場(chǎng)儲(chǔ)能是真正意義上的儲(chǔ)存電能，是新技術(shù)領(lǐng)域， 它分為電場(chǎng)儲(chǔ)能和磁場(chǎng)儲(chǔ)能。磁場(chǎng)儲(chǔ)能目前看好是超導(dǎo)磁儲(chǔ)能(SMES)，電場(chǎng)儲(chǔ) 能主要是超級(jí)電容器儲(chǔ)能，采用高介電常數(shù)、大表面積、強(qiáng)耐壓能力的超級(jí)電容器，功率最大可達(dá)兆瓦級(jí)，只是目前額定容量值偏低，但隨著技術(shù)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(tái)裝置并聯(lián)擴(kuò)容示意圖。本裝置是直接并網(wǎng)型，并聯(lián) 的多臺(tái)裝置之間不會(huì)互相影響，容易實(shí)現(xiàn)功率擴(kuò)容。假設(shè)一臺(tái)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(chǔ)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(jià)比較便宜，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)， 一個(gè) 工廠的電費(fèi)大概可節(jié)約40% 50%，從而產(chǎn)生明顯的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排 社會(huì)效果。
圖7為寬區(qū)域分布式多機(jī)并網(wǎng)示意圖。通過(guò)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(gè)工廠用電容量l麗， 當(dāng)每個(gè)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(dāng)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(yùn) 行效率，節(jié)約能源。
本裝置在市電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生災(zāi)難性停電時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)局部區(qū)域用戶重要用電設(shè)備 在短時(shí)間內(nèi)的應(yīng)急供電，起到減災(zāi)、防災(zāi)的作用，對(duì)通信企業(yè)、醫(yī)院、化工企 業(yè)、公眾場(chǎng)所、軍事目標(biāo)、救災(zāi)指揮系統(tǒng)等起到一定的應(yīng)急保障作用。
權(quán)利要求
1、一種電儲(chǔ)能、電力調(diào)峰運(yùn)行方法，它是采用電力電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由兆瓦級(jí)雙向變換器、大容量?jī)?chǔ)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(hào)送微處理器處理，產(chǎn)生n路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該n路驅(qū)動(dòng)信號(hào)送給兆瓦級(jí)雙向變換器，控制變換器的工作模式；當(dāng)電網(wǎng)谷電時(shí)段，監(jiān)控單元產(chǎn)生的n路PWM信號(hào)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(chǔ)能單元充電；當(dāng)電網(wǎng)峰電時(shí)段，監(jiān)控單元產(chǎn)生的n路PWM信號(hào)控制變換器工作，使其處于逆變狀態(tài)，變換器將儲(chǔ)能單元直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，?duì)電網(wǎng)進(jìn)行放電。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種電儲(chǔ)能、電力調(diào)峰運(yùn)行方法，其特征在于可 進(jìn)行區(qū)域分布式并網(wǎng)，組成大容量的電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
3、 一種電儲(chǔ)能、電力調(diào)峰運(yùn)行裝置，它是采用電力電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由 兆瓦級(jí)雙向變換器、大容量?jī)?chǔ)能單元、監(jiān)控單元三部分組成；兆瓦級(jí)雙向變換 器接入市電電網(wǎng)和大容量?jī)?chǔ)能單元，監(jiān)控單元接入電網(wǎng)及大容量?jī)?chǔ)能單元，采 集電網(wǎng)及大容量?jī)?chǔ)能單元數(shù)據(jù)，監(jiān)控單元控制信號(hào)輸入至兆瓦級(jí)雙向變換器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電儲(chǔ)能、電力調(diào)峰運(yùn)行裝置，其特征在于 雙向變換器是應(yīng)用電力電子變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，其功率是兆瓦等級(jí)的；該變換器 的功率模塊采用IGBT模塊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電儲(chǔ)能、電力調(diào)峰運(yùn)行裝置，其特征在于 所述的儲(chǔ)能單元是大容量?jī)?chǔ)能單元，大容量?jī)?chǔ)能單元主要采用蓄電池和超級(jí)電 容來(lái)實(shí)現(xiàn)，或采用液相電池或液流電池來(lái)實(shí)現(xiàn)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電儲(chǔ)能、電力調(diào)峰運(yùn)行裝置，可直接多組裝 置并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能和調(diào)峰的功率擴(kuò)容。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電儲(chǔ)能、電力調(diào)峰運(yùn)行裝置，可進(jìn)行區(qū)域分 布式并網(wǎng)，組成大容量的電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)電網(wǎng)峰谷時(shí)段供電能力的不同，提出一種采用電力電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的電儲(chǔ)能、電力調(diào)峰運(yùn)行方法及裝置。本裝置將電網(wǎng)谷電時(shí)段電能存儲(chǔ)，然后在峰電時(shí)段釋放已存儲(chǔ)的電能，給負(fù)載供電，改善電網(wǎng)的負(fù)荷能力，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。本發(fā)明可將多套裝置直接并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)功率擴(kuò)容，滿足用戶需求；同時(shí)還可進(jìn)行區(qū)域分布式并網(wǎng)，組成大容量的電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02J3/28GK101447677SQ200810071758
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日
發(fā)明者沈小娟, 陳建平, 陳賜松 申請(qǐng)人:廈門(mén)科華恒盛股份有限公司;漳州科華技術(shù)有限責(zé)任公司