配备有能量存储组件的发电器件和此类器件的控制过程制造技术

本发明专利技术是配备有能量存储组件的发电器件和此类器件的控制过程。此发电器件包括设计为连接到分配网络（Res）的发电组件以及电能存储组件（2）。该器件还包括控制器（3），用于能量存储组件的操作的管理以及存储组件（2）到所述发电组件以及到所述网络的连接，由此控制器接收来源于网络、能量存储组件、发电组件以及网络操作员的一系列信息（I1、I2、I3、I4）以便在供应中断的情况下控制从能量存储组件（2）到发电组件以及到器件中的一系列辅助装置的电力的供应。

【技术实现步骤摘要】
配备有能量存储组件的发电器件和此类器件的控制过程
本专利技术一般涉及发电器件，并且具体地涉及燃气涡轮或联合循环发电厂，其中组合使用燃气涡轮和蒸汽涡轮来驱动发电机用于电的产出。
技术介绍
现存的发电器件通常涉及大规模水电、核能或化石燃料火电厂的使用，其经由传送及分配系统来供电。由众多国家设置的CO2排放减小的目标将引起增加来自可再生的电力生成的比例，例如，至2020年在德国比例达到35%并且在法国比例达到20%。除效率的改进以外，为了它们的最优化操作起见，将要求传统的供电设施示出更大的适应性及响应性，并且将需要适应更多种间歇电源，例如风力涡轮、太阳能发电厂和其它设施（例如，波动力、地热或生物量工厂）。此多样化以及关联的产出源的数量的增加将引起对网络管理和配电系统的相当大的挑战。现存的电产出设施和分配网络并未设计来适应这些改变，并且其结果是，缺乏出于此目的的实质性投入，长期而言不适合这些新要求的实现。在这个水平，来自可再生的电产出增大了配电系统和网络的复杂性，导致将需要谨慎管理的能量供应状况的波动。在缺乏先进的控制的情况下，有分配系统将无效率地操作或将受到频繁干扰的风险。从供电商和分配系统操作员的观点来看，潜在的解决方法如下：-传统的发电厂的增大的适应性；-设计用于所有水平的使用的能量存储技术的引入，作为偏移需求峰值并且允许更多数量的可再生能源的并入的组件；-更灵活的分配方法的引入，作为适应供应的波动并且提高效率并最优化系统操作的组件；-高效率预报、监测和控制系统的引入，作为对抗任何干扰的组件。干扰（其易于由电源和分配网络的有计划修改而发生）可导致停电（断电），即给定地域内的短期或长期的电缺失，它与发电厂的故障、分配系统（输电线或变电站）的损坏、电网上的短路或过载关联。具体地，“中断”或网络停止对于公共安全、医院、污水处理厂、矿井等而言是特别关键的问题。其它关键系统（例如电信系统）也必须配备有应急电源。由于此原因，器件配备有备用发电机（其在供电中断的情况下自动启动）。接近燃气涡轮、蒸汽涡轮或联合循环型的发电厂的电网上的故障的发生也可产生干扰，或甚至可导致有关发电厂的停机。此外，为了发起涡轮速度的提升，发电工厂使用按照马达模式操作的发电机而从网络分接电，并且到发电厂的辅助系统用于电力供应。为了适应持续时间若干秒的微停止，或为了确保正常停机的完成，这些发电厂也必须配备有备用电力供应设施（例如电池或柴油机引擎），并且其中在网络缺失的情况下可应用重启。遍及网络分布的能量存储设施可用于频率变化的调节、供电的快速调整以满足需求、来自使用可再生能源的发电厂的产出的高波动水平的适应、以及停电之后的备用供电。频率控制功能也旨在减小网络上的频率偏移。频率偏移由供电和电需求之间的失衡产生，其可发生在系统的正常操作期间的任何时间，或也发生在例如产出缺失等事件。在欧洲，标称频率设置为50.00Hz。最小瞬时频率设置为49.2Hz并且最大瞬时频率设置为50.8Hz。此对应于800mHz的频率偏移，标称频率（ENTSO-E2009）中的最大允许动态偏移。在实践中，瞬时频率范围更大，处于从46Hz到52.5Hz的范围。有三种水平的频率控制，即主要控制、二次控制和三次控制。在额定操作状况下，出于主要频率控制响应的目的，要求发电厂维持储备容量。在欧洲，每个国家的此储备容量可不同。例如，在法国，此储备容量是+/-2.5%，并且在西班牙，此储备容量是+/-1.5%。在来自标称频率的偏移超过200mHz之前，在30秒的时间间隔内并且对于15分钟的最大持续时间，发起主要储备容量的部署。因此，能量存储组件还可用作对频率控制作出贡献的组件（处于连续工作并且具有快速响应能力）。最后有必要利用无功功率控制来调节任何电压-电流相位差。并入绕组的系统负载具有磁化效应，导致无功功率的生成。尽管无功功率不输送功（与有效功率（可充电容量）向量组合），但它制定限定网络上的总能量循环的表观功率，并且也规定器件的尺寸。通过最优化功率因数，有可能减小网络缺失、最大化有效功率通量（或减小器件的尺寸）并且增强稳定性。此处再次，能量存储组件可用于此相位差的调节。存储组件还可提供发电厂的启动所要求的能源（容量中的吸收峰等），防止有损于医院、数据处理中心以及核能发电厂的备用系统所要求的连续供应的任何微停止。在此情境中应用动能或飞轮存储组件。这些系统（与机械电池比较）涉及连接到马达/发电机的（碳纤维、其它复合材料、钢等的）飞轮高达数万r.p.m.的速度的转动。这些系统可以在任何给定时间以动能（Ek）的形式存储/释放网络上的电的任何剩余/不足，其由飞轮质量的加速度/减速度恢复。存储/释放的能量由以下式子给出：其中J是转动惯量（以kg.m²为单位）并且ω是角速度（以rad.s-1为单位））。为了防止摩擦缺失，这些存储系统由磁性轴承支撑并且装入在真空壳体中。出于注入到网络/从网络提取的信号的控制的目的（具体地，为了功率因数（）的控制），它们也配备有功率电子设备，例如整流器-逆变器组合。为了车载系统以及在例如配电、航空航天、机动车辆（用于来自制动的动能的恢复）、铁路工业等领域中的能量供应的最佳化，除其它应用意外，此技术还用于频率控制，作为不间断电力供应的供给的解决方法。在配电和电网的稳定性的情境中，由于这些存储系统具有小于一秒的响应时间、大约二十年的服务寿命、以及要求很少维护，所以这些存储系统极为有利。此外，不同于电池，它们不具有“存储器效应”，不易受温度变化的影响，并且允许它们充电状态的精确评价。最后它们不涉及任何再循环，并且不要求特定操作注意事项。现在，以参考的方式，当前在市场上的一些此类装置具有超过95%的机械效率以及85%的总效率（对于完全充电/放电循环）。一些装置可以实现25kWh的存储容量，输送250kW的瞬时容量并且经历超过150000个完整的充电/放电循环。从现有技术已知用于防止供电中断以及用于频率和功率的控制的各种类型的系统。在这点上，可以参考文档EP1900074以及EP1866717，其描述用于消耗中的峰值的适应以及服务中断的防止的各种类型的供应系统。具体地，文档EP1866717推荐使用小型网络，其包括一个或多个电产出源以及一个或多个独立系统负载，其可以响应于干扰而连接到网络。文档US2005-0035744、EP1656722、EP359027、US5256907、WO2002-44555、US4001666、以及JP2003-274562描述飞轮的使用。还可参考文档US2004-0263116，其描述用于需求侧容量管理的智能能量分配/存储系统。使用装置用于接近使用点或产出点的能量的存储。文档JP2003-339118描述包括风力涡轮、光伏发电单元、能量存储单元、飞轮以及充电单元的分布式能量供应系统。
技术实现思路
考虑以上情况，本专利技术提出针对以上提及的缺点的燃气涡轮或联合循环型的发电工厂的控制过程。燃气涡轮/蒸汽涡轮或联合循环发电厂直接发电。然而，在启动期间，发电厂取决于从网络供应电力到以马达模式的发电机的电（在燃气涡轮的情况下），以及供应电力到电力润滑系统、燃料供应系统、冷却系统、加热和冷凝器放空系统（其许多包括马达驱动的泵单元和马达驱动的风扇、阀等）所要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电器件，包括发电组件，所述发电组件用于耦合到发电机的燃气涡轮、蒸汽涡轮或联合循环型、或可再生能源、或所述组件中的一些或所有的组合，所述发电组件设计为连接到分配网络（Res），并且所述发电器件包括动能和电能的存储组件（2）以及备用发电组件，其特征在于，所述器件还包括控制器（3），用于能量存储组件的操作的管理以及所述存储组件（2）到所述发电组件以及到所述网络的连接，由此所述控制器接收分别来源于所述网络、所述能量存储组件、所述发电组件以及网络操作员的一系列信息（I1、I2、I3、I4），以便控制从所述动能或电能存储组件输送到所述网络和所述器件的辅助系统的电的产出。

【技术特征摘要】
2011.11.18 EP 11306522.11.一种发电器件，包括：发电组件，所述发电组件用于耦合到发电机的燃气涡轮、蒸汽涡轮或联合循环型、或可再生能源、或所述组件中的一些或所有的组合，所述发电组件设计为连接到分配网络(Res)；能量存储组件(2)，其用于存储动能和电能，所述能量存储组件连接到所述分配网络；备用发电组件；以及控制器(3)，用于管理所述能量存储组件的操作以及所述能量存储组件(2)到所述发电组件以及到所述分配网络的连接；其中，所述控制器接收分别来源于所述分配网络、所述能量存储组件、所述发电组件以及网络操作员的一系列信息(I1、I2、I3、I4)，以便控制从所述能量存储组件输送到所述分配网络和所述发电器件的辅助系统的电的产出。2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述控制器能够基于所述能量存储组件中可用的能量来调节所述发电器件中可用的主要储备容量的水平。3.根据权利要求1和2中的一项所述的器件，其特征在于，所述控制器能够响应于所述网络操作员的请求而控制从所述能量存储组件(2)到所述分配网络的供电。4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述控制器(3)能够应所述网络操作员的请求并且受制于所述能量存储组件中可用的能量而参与所述分配网络上的频率控制。5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述控制器能够在预定持续时间的电压降的情况下控制从所述能量存储组件(2)到所述辅助系统的供电。6.根据权利要求1和5中的一项所述的器件，其特征在于，其中所述发电组件包括连接到所述燃气涡轮或所述蒸汽涡轮的发电机，一旦所述发电组件停机，所述控制器能够从所述发电器件的轴线的惯性发起所述能量存储组件的充电。7.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述控制器(3)能够调节从所述能量存储组件中可用的能量输送到所述分配网络的有功和/或无功功率的水平。8.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述能量存储组件包括连接到马达/发电机的至少一个飞轮和/或一系列电池的组合。9.根据权利要求8所述的器件，其特征在于，所述发电器件包括连接到其关联的功率电子部件的一系列辅助电源，其能够维持充电的飞轮的转动。10.根据权利要求9所述的器件，其特征在于，所述辅助电源是所述电池或可再生能量型。11.根据权利要求1项所述的器件，其特征在于，所述能量存储组件包括用于调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：E佩纳，JL维诺洛，JM因格雷莫，RJ基拉，F谢瓦利耶，H比尔曼，M比克，J居约，
申请(专利权)人：通用电气能源产品法国有限公司，
类型：发明
国别省市：