电网用弹性储能发电系统技术方案

一种电网用弹性储能发电系统，用于解决电网的调峰问题。其技术方案是，它由中央监控器和多个系统单元构成，每个系统单元均由储能体、传动系统、双馈电机、主电磁离合器、变流器、断路器和单元控制器组成，所述双馈电机的转子经传动系统与储能体连接，其励磁线圈经变流器与电网连接，双馈电机的定子线圈经断路器与电网连接；储能体、传动系统、双馈电机、变流器和断路器的监控端均接单元控制器，所述单元控制器通过通讯接口与中央监控器连接。本实用新型专利技术不仅可大量存储与释放电能，而且不受地质条件限制，无污染，寿命长，免维护，为智能电网建设和大规模“间歇性”电源并入电网提供了关键技术支持。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种能将电网多余电能转换为弹性势能存储、并在用电高峰期将储存的能量回馈电网的弹性储能装置，属输配电

技术介绍
电力系统的发电、输电、消费是同时进行的，要时刻维持电能的供需平衡才能保证 电力系统的正常运行。鉴于电能目前尚不能大量储存，而电力负荷却是随时变化的，电力系 统必须预留足够多的备用容量才能应付各种突发情况，维持电力的供需平衡。目前，风力发 电、光伏发电已进入迅猛发展时期，由于这些绿色电源固有的“间歇性”和“波动性”，它们的 大规模接入必将大大加重电网的调峰负担，采用传统的预留调峰备用容量的方法意味着需 投入巨大的资金来建设配套调峰机组，只能是事倍功半。因此，设计一种大容量电能储存装 置，对解决智能电网和大规模“间歇性”电源入网问题具有十分重要的意义，是有关技术人 员必须解决的难题。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足、提供一种可大量存储与释放电能的 电网用弹性储能发电系统。本技术所述问题是由以下述技术方案实现的一种电网用弹性储能发电系统，由中央监控器和多个系统单元构成，每个系统单 元均由储能体、传动系统、双馈电机、主电磁离合器、变流器、断路器和单元控制器组成，所 述双馈电机的转子经传动系统与储能体连接，其励磁线圈经变流器与电网连接，双馈电机 的定子线圈经断路器与电网连接；储能体、传动系统、双馈电机、变流器和断路器的监控端 均接单元控制器，所述单元控制器通过通讯接口与中央监控器连接。上述电网用弹性储能发电系统，所述储能体由多个涡簧箱组成，每个涡簧箱由箱 体、片状涡簧、主轴、棘轮、棘爪、齿轮、电磁离合器、主动轴和轴承组成，所述主轴通过轴承 与箱体连接，其一端通过电磁离合器与主动轴相连；所述涡簧的两端分别与主轴和箱体连 接，所述棘轮固定于主轴上，与之对应的棘爪固定在箱体上；所述齿轮固定于主动轴上，多 个涡簧箱的齿轮依次啮合，其中一个涡簧箱的主动轴与传动系统的输出轴连接。上述电网用弹性储能发电系统，所述传动系统由齿轮箱和变速箱构成，所述齿轮 箱的高速轴通过主电磁离合器与双馈电机的转子连接，低速轴经变速箱和储能体连接。上述电网用弹性储能发电系统，所述变流器由两个直流侧相接的三相电压型PWM 全控桥组成，第一全控桥的交流侧接双馈电机的转子励磁线圈，第二全控桥的交流侧接电 网，两全控桥直流侧还设置有滤波电容，控制端接单元控制器。本技术的双馈电机可工作于电动机、发电机和同步调相机三种状态。在电动 机状态时，可在电网的驱动下通过传动系统驱动储能体储能，将电网的电能转化为涡簧的 弹性势能；在发电机状态时，储能体中的涡簧释放弹性能，驱动双馈电机发电，将弹性势能转化为电能回馈电网；在同步调相状态时，能提供或吸收电网所需的无功功率，稳定接入点 电压。由于本系统在中央监控器的控制下可设置多个弹性储能发电系统单元，且每个系 统单元的储能体可以储存大量的能量，因此本系统特别适合用作电网的调峰装置。本实用 新型不仅可大量存储与释放电能，而且不受地质条件限制，无污染，寿命长，免维护，为智能 电网和大规模“间歇性”电源并入电网提供了关键技术支持。附图说明， 以下结合附图对本技术作进一步说明。图1是本技术的结构示意图；图2是储能体的结构示意图；图3是传动系统结构示意图；图4是的变流器电原理图；图5是双馈电机运行于电动机和同步调相机状态时启动示意图。图中各标号为1、储能体；2、传动系统；3、双馈电机；4、主电磁离合器；5、主动轴； 6、变速箱；7、低速轴；8、齿轮箱；9、高速轴；10、轴承；11、齿轮；12、电磁离合器；13、主轴； 14、涡簧；15、棘轮；16、棘爪；17、箱体;Wl-Wru涡簧箱(η = 1,2,…，η，η为整数)；C、滤波 电容；Q1、第一全控桥；Q2、第二全控桥；Κ1、Κ2、开关。具体实施方式本技术专利基于涡簧的弹性储能原理，提出一种能够与电网相联、快速储能 与发电的弹性储能发电系统。每一个系统单元由储能体1、传动系统2、双馈电机3、主电磁 离合器、单元控制器等部分组成，几十个甚至更多个这样的系统单元组合在一起，并通过一 个中央监控器实现对多个系统单元的有序控制，可组成弹性储能发电站。本技术对安 装地点无特殊要求，无污染，效率高，可控制，能够大规模、大容量地安装与建设，可在电力 系统中发挥以下重大作用(1)可作为一种重要的调峰手段，解决电网的峰谷差调节问题。本系统可根据电网 需求分布建在电网各处，通过电网的实时控制进行储能与发电，如同现有的抽水蓄能电站 用于调峰一样参与电力调节，提高电网深度调峰能力，调节电网的峰谷差。(2)可作为一种重要的稳定控制手段，提高电网运行稳定性。本系统可提供足够的 电力储存，在电网紧急状态下，电网可通过实时控制其进入储能或发电运行状态，提供电网 所急需的紧急功率吸纳或功率支持，提高电网运行的稳定性。(3)解决可再生能源的“间歇性”问题，改善电能质量。间歇式电源固有的“间歇 性”和“波动性”问题已成为其接入电网的严重瓶颈。若在有“间歇性”电源的地方配套建 设本弹性储能发电系统，通过对其实时控制进行快速的储能与发电，就能储存多余的电能， 就地平衡减少间歇式电源对电力系统的不利影响，提高电网接纳间歇性电源的能力。(4)具有同步调相功能，提供或吸收电网所需的无功功率，维持接入点电压水平。 通过控制主电磁离合器4断开双馈电机3与传动系统2的联系，就能够实现电机空载状态 下的同步调相运行方式，提供或吸收电网所需的无功功率，从而降低电网损耗，稳定接入点电压。总之，本技术专利能够满足电力系统发展的重大战略需求，具有广阔的市场前景，意义十分重大。参看图1、图2和图5，本系统的基本工作原理是当储能时，中央监控器给单元控制器发出控制指令，单元控制器就控制主电磁离 合器4和涡簧箱Wl中电磁离合器12闭合，开关Kl断开，K2闭合，第二断路器合闸，双馈电 机3转子绕组串频敏变阻器按感应电机方式启动，当转子接近同步速后，单元控制器控制 K2断开，Kl闭合，变流器提供直流励磁，待转子拉入同步后双馈电机3就运行于转速可调节 的同步电动机状态，来自电网的电能驱动双馈电机3运行，并通过传动系统2使储能体1中 涡簧箱Wl的涡簧14拧紧，涡簧14就以弹性势能的形式将能量储存起来；之后，单元控制器 控制电磁离合器12断开，棘爪16自动使涡簧14维持锁紧状态；在电磁离合器12断开的同 时单元控制器控制涡簧箱W2的电磁离合器闭合，按照上述相同的控制过程，依次完成电能 到弹性势能在涡簧箱W2和其它涡簧箱中的储存。当单元控制器接收到停止储能指令或所 有涡簧箱能量储满时，单元控制器控制第二断路器断开。这时本系统单元处于能量存储状 态，直到接收到一个能量释放的控制信号。其它系统单元在中央监控器的预定控制规则控 制下储能过程同上。当释能时，中央监控器给单元控制器发出控制指令，单元控制器就控制主电磁离 合器4闭合，双馈电机3工作于发电机状态，控制涡簧箱Wl中电磁离合器12闭合，并使其 对应的棘爪16松开使锁紧的涡簧14释放弹性能，通过传动系统2带动双锁电机3运行，同 时控制双馈电机3达到同期条件时通过第一断路器闭合并入电网。当涡簧箱Wl弹性势能 释放完毕时，单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电网用弹性储能发电系统，其特征是，它由中央监控器和多个系统单元构成，每个系统单元均由储能体（１）、传动系统（２）、双馈电机（３）、主电磁离合器、变流器、断路器和单元控制器组成，所述双馈电机（３）的转子经传动系统（２）与储能体（１）连接，其转子励磁线圈经变流器与电网连接，双馈电机（３）的定子线圈经断路器与电网连接；储能体（１）、传动系统（２）、双馈电机（３）、变流器和断路器的监控端均接单元控制器，所述单元控制器通过通讯接口与中央监控器连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：米增强，王璋奇，余洋，段巍，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：实用新型
国别省市：13[中国|河北]