CN101473507A - 功率补偿器及通过该补偿器提供黑启动的方法 - Google Patents

功率补偿器及通过该补偿器提供黑启动的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101473507A
CN101473507A CNA2006800551417A CN200680055141A CN101473507A CN 101473507 A CN101473507 A CN 101473507A CN A2006800551417 A CNA2006800551417 A CN A2006800551417A CN 200680055141 A CN200680055141 A CN 200680055141A CN 101473507 A CN101473507 A CN 101473507A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
battery
network
power compensator
energy storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2006800551417A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101473507B (zh
Inventor
伦纳特·昂奎斯特
芒努斯·卡拉维克
维利·赫尔曼松
斯特凡·约翰松
贡纳尔·鲁斯贝里
扬·R·斯文松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Energy Co ltd
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Publication of CN101473507A publication Critical patent/CN101473507A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101473507B publication Critical patent/CN101473507B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00006—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
    • H02J13/00016—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using a wired telecommunication network or a data transmission bus
    • H02J13/00017—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using a wired telecommunication network or a data transmission bus using optical fiber
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00006—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
    • H02J13/00022—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using wireless data transmission
    • H02J13/00026—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using wireless data transmission involving a local wireless network, e.g. Wi-Fi, ZigBee or Bluetooth
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/20—Smart grids as enabling technology in buildings sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/20—Active power filtering [APF]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/14—Energy storage units
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/22—Flexible AC transmission systems [FACTS] or power factor or reactive power compensating or correcting units
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/12—Energy storage units, uninterruptible power supply [UPS] systems or standby or emergency generators, e.g. in the last power distribution stages
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20—End-user application control systems
    • Y04S20/248—UPS systems or standby or emergency generators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

一种用于电力输电线(3)的功率补偿器(1)，包括：电压源换流器(4)、电容器装置(6)和储能装置(5)。储能装置包括：具有短路故障模式的高压电池装置；用于将电池装置从电容器装置断开的第一主开关(40a)和第二主开关(40b)；以及用于操作第一和第二开关的控制单元(44)。

Description

功率补偿器及通过该补偿器提供黑启动的方法
技术领域
本发明涉及高压输电线的功率补偿。输电线应被理解成用于6kV以及更高电压的范围内的输电线或分配线的导体。本发明尤其涉及一种用于提供高压输电线上的电力的快速交换的设备。该设备包括电压源换流器(VSC)和储能装置。具体地说，本发明涉及死网络(dead network)的黑启动。
背景技术
已知在灵活交流输电系统(FACTS)中存在多种控制设备。一种这样的FACTS设备为静态补偿器(STATCOM)。STATCOM包括电压源换流器(VSC)，电压源换流器具有连接到输电线的ac侧和连接到诸如电容器装置的临时储电装置的dc侧。在STATCOM中，控制电压的量值输出使得补偿器供应无功功率或从输电线吸收无功功率。电压源换流器包括至少六个自换向半导体开关，其中每个自换向半导体开关通过反向并联的二极管进行分流。由于STATCOM设备不具有有功功率源，因此其只能补偿无功功率。
先前已经从美国专利US 6 747 370(Abe)知道一种使用连接到高温二次电池的换流器的功率补偿系统。所述补偿系统的目的是提供经济的、基于高温二次电池的能量存储，其具有调峰功能、负载平衡功能和质量稳定功能。已知的系统包括供电系统、电负载和包括高温二次电池和功率转换系统的电能存储系统。该电池为钠硫电池。
系统被设置在电力线的端部。负载为工厂，在正常运行条件下从电力线向工厂供给电力。在供电故障的情况下，高速开关断开电力线并且替代地从二次电池提供电力。同时，启动备用发电机。具有钠硫电池的已知系统表明功率补偿系统在长时间内提供低功率。
在一种运行模式下，电池在白天向工厂提供额外的能量而在夜晚被充电。为了向工厂供应不间断电力，设置了十个并联的1280V的电池单元，每个电池单元具有500kW的换流器。在又一个实施方式中，十个电池单元并联后与5MW的换流器串联。在这种实施方式中，设置备用电池组以供高温电池电路使用。在电池单元出现故障的情况下，断开出故障的单元并且将备用电池组与电路并联。
在大范围停电之后恢复电力可能较为困难。需要使多个发电站恢复连线。通常，这借助于电网其余部分的电力来实现。在不存在电网电力的情况下，需要执行所谓的黑启动以引导电网工作。
为了提供黑启动，一些发电站典型地配备有用于启动较大发电机(几兆瓦容量)的小型柴油发电机，而较大发电机又可以用于启动主发电站发电机。使用蒸汽涡轮机的发电厂要求高达其容量10％的厂用电力以用于锅炉给水泵、锅炉强制通风助燃鼓风机和燃料准备。然而，在每个发电站都提供如此大的备用容量是不经济的，因此必须通过输电网从其它发电站提供黑启动电力。
典型的顺序(基于真实情况)可能如下：
·电池启动安装在水力发电站中的小型柴油发电机；
·将来自柴油发电机的电力用于使水力发电站工作；
·使水力发电站与其它区域之间的主要输电线通电；
·将来自水坝的电力用于启动使用燃煤的基本负荷发电厂中的一个；
·将来自基本负荷发电厂的电力用于重新启动包括核电站的系统中的所有其它发电站；
·最后向总配电网重新供电并将电力输送到用电装置。
在停电后恢复电力并不是一个容易的过程。在恢复过程中，当系统较为脆弱时小的干扰不断出现；并且电网将经历从死网络经过多种脆弱网络情况到正常强AC网络的不同情况。为了在恢复过程中保持频率和电压的稳定性，需要有全面协同的系统恢复计划。因此，黑启动包括使网络通电的第一阶段。在此阶段，必须建立频率和相角。在作为恢复阶段的第二阶段，网络是不稳定的并且极易被破坏。在此阶段，必须提供特定的缓冲时间(slack)，该缓冲时间表示在此时间的一部分期间必须向网络提供能量，而在此时间的另一部分期间必须将能量从网络传输出去。
发明内容
本发明的示例性目的是寻求改善电力网的黑启动的方式。
根据本发明，通过特征在于独立权利要求1中的特征的功率补偿器或者通过特征在于独立权利要求8中的步骤的方法实现该目的。在从属权利要求中描述了优选实施例。
根据本发明，提供一种包括电压源换流器(VSC)、电容器装置和并联的大功率电能源的功率补偿器，其能够通过负载电池来输送电能和消耗来自网络的电能，因而提供给网络赋能的能力和网络恢复的能力。为了实现黑启动过程，必须向死网络提供足够强度和足够持续时间的输入功率。根据本发明，此功率是由包括短路故障模式的大功率电池装置来提供的。短路故障模式应被理解成：在储能装置出现内部故障的情况下，电路将保持闭合。短路故障模式可通过电池单元的内部性能来实现。短路故障模式也可通过与电池单元形成并联回路的可控开关来实现。
启动连接到死网络的电压源换流器并不容易。通常，VSC通过变压器连接到网络。在变压器中具有独立的绕组以向VSC及其设备提供辅助电力。还存在其中通过连接到电力线的独立变压器提供辅助电力的实施方式。在死网络中，这些方案不能提供辅助电力。因此，必须内部设置第一电源以提供用于控制装置的辅助电力。
在故障情况下，与网络的电力交换停止。将电池连接到电容器的两个电极上的开关都被断开。这意味着在整个网络断电的情况下设备的电池装置中仍具有电力。在执行黑启动时，通过将电阻器装置与电池装置的两个电极串联，电容器装置缓慢地从电池装置得到能量。一旦电容器装置得到能量，就可开始换流器的转换。这样产生了至网络的ac电力。这样还可通过ac侧的变压器向换流器提供辅助电力。
通过以此方式向网络提供电力，可向网络上的其它发电单元提供辅助电力从而使其发电。因此，多个发电单元片刻即可进行发电。在恢复阶段，越来越多的发电装置和用电装置将被连接。然而，这些发电装置和用电装置的连接可能会以不可控制的方式出现。这意味着在一个时刻可能是电力生产过剩而在第二时刻可能是电力过度消耗。因此，需要对网络进行平衡。根据本发明，可通过功率补偿器来实现。因此，当网络出现电力生产过剩时，功率补偿器的电池装置被充电；而当网络出现电力过度消耗时，电池装置将提供保持网络平衡所需的电力。
由于没有惯性，供电的VSC动作非常快。在另一方面，VSC必须包括安全装置以免于过载。串联连接的可失效的半导体换流器阀不能处理太高的电流。
由于储能装置必须能够一直交换能量，因此必须设置用于电池故障情况下的冗余。因而，具有开路故障模式的电池必须并联。具有短路故障模式的电池可以串联以实现更高的电压电平。在本发明的实施例中，所述储能装置包括高压电池，所述高压电池包括多个电池单元，每个电池单元均具有短路故障模式。多个这样串联的电池总是提供闭合电路，因此即使在电池单元故障的情况下也能够提供电能。多个串联的电池还能够提供在6kV及更高范围内的高电压能量。
根据本发明的实施例，电池包括高温电池，所述高温电池包括多个工作温度范围为270-340℃的钠/金属氯化物电池单元。电池单元包括包含多个串联电池单元的绝热盒。电池单元具有包括1500V范围内的电路的两个端部。因此，将四个这种电池单元串联可实现6kV的电压电平。电池单元包括局部管回路(local pipe loop)以容纳呈流体形态的传热介质。所述流体可为液态介质和气态介质。
电池功能的标准，例如能够存储和释放电能的标准为电池单元内的温度保持在270与340℃之间。在运行模式下，例如在电池充电和放电时，电池内产生热量。然而，在空闲模式下，电池内不会产生热量。因此，在空闲模式下必须从电池外部提供热量。
在本发明的实施例中，功率补偿器包括用于维持电池单元的工作温度的温度监控器(temperature monitor)。因此，在空闲模式期间，温度监控器提供热量。温度监控器包括用于提供通过电池单元的传热介质流的管网。管网包括主管回路和至少一个移动流体单元，例如风扇或泵。管网包括每个电池单元的局部管回路，并且向传热介质提供通路。传热介质中所包括的热量通过对流被传输到电池单元。
根据本发明的实施例，局部管回路包括用于接收气态介质流的第一端部和用于排放气态介质的第二端部。在实施例中，气态介质优选地包括空气。此外，主管回路包括用于提供热空气的上游侧以及用于接收排放的空气的下游侧。每个局部管回路的每个第一端部连接到主管回路的上游侧。每个局部管回路的每个第二端部连接到主管回路的下游侧。主管回路和每个局部管回路之间的所有连接包括连接管。主回路包括至少一个风扇和供热装置。在本发明的实施例中，主管回路被接地，且因此呈地电位。每个局部管回路呈现与容纳局部管回路的电池单元相同的电位。在又一实施例中，每个连接管包括诸如陶瓷材料的耐热和电绝缘材料的管子。
在本发明的又一实施例中，温度监控器在电池单元的运行模式期间还提供冷却空气以处理从电池单元产生的热量。
根据本发明的实施例，功率补偿器系统包括用于控制功率补偿器的性能和动作的系统。控制系统包括充电监控器，用于分别维持储能装置的充电和放电。由于钠/金属氯化物电池的充电和放电行为较为复杂，因此不能测量电池的充电状态(SOC)，而是必须进行估算。同样，不能足够精确地测量电池的电流。因此，充电监控器包括用于估算和预测电池充电状态的SOC模块。
钠/金属氯化物电池单元包括容纳于陶瓷材料的薄阻挡部内的电解质。在阻挡部外部，电池单元包括作为第一电极的钠。第二电极包括一对镀镍铜电极，延展入电解质的金属结构连接到所述镀镍铜电极。当电池充电或放电时，反应前沿从陶瓷阻挡部向内传播。因此，充电和放电都在相同的方向传播并且是从陶瓷阻挡部开始。多个充电和放电循环可导致电池单元内留下多个区域，限定了电力容量区和非电力容量区。因此，SOC模块必须能够只对表示电力容量的区域求和。
SOC模块包括电池虚拟模型。虚拟模型包括表示参数和输入值的特定关系的多个模型部件。因此，虚拟模型包括测量部件模型，所述测量部件模型包括电压、电流、温度以及其它参数之间的关系。此外，虚拟模型包括用于估算实际SOC值并包括历史数据的存储器装置的部件模型。虚拟模型还包括用于预测未来SOC值并包括计算模型的部件模型。另一部件模型与诸如充电事件、放电事件、恢复数据等历史数据相关。
虚拟模型的主要目的是产生表示电池剩余容量的SOC值。SOC值可呈现为电池总容量的百分比值。电池维护的另一目标包括电池的充电和放电，以便从不发生过充电或充电不足并使电池温度总是保持在允许范围之内。
通过使用电池虚拟模型，SOC模块还可依据电力分布和持续时间及时预测在稍后时间点的SOC值。尽管在功率补偿情况使用电池容量，所预测的SOC值将表明是否存在用于预定任务的足够容量。例如，若出现输电线电力短缺，所预测的SOC值将表明电池的容量是否足以在给定的时段期间提供能量。这可发生在电力线故障之后并且在通过其它源再次提供电力之前，例如发电机的启动时期。如果例如由于故障输电线上存在过剩的生成的电力，所预测的SOC值将立即表明电池是否能够接收来自输电线的电力。因此，根据本发明的功率补偿器能够在诸如毫秒的较短时间内以及在诸如分钟的较长时间内提供能量和接收来自输电线的能量。
在本发明的实施例中，控制系统包括用于感测电压、电流、温度和其它参数的多个传感器。为了向这些传感器供应电力，系统包括在每个电池单元上的供电单元。供电单元不接地，并且具有与电池单元相同的电位。供电单元可包括燃料电池、太阳能电池以及诸如珀耳帖元件等的热电元件。在实施例中，供电单元包括电池装置。为了向控制系统发送信息，每个传感器可借助于无线系统或光纤进行通信。每个电池还可包括用于信息通信的中央通信装置。
根据本发明的实施例，在每个电隔离的电池单元上设置通信模块。通信模块包括无线电通信装置、电源和多个传感换能器。同样，通信模块是电隔离的，因此可实现与电池单元相同的电位。通信模块可在诸如WLAN或Bluetooth网络的无线局域网内通信。诸如电压、电流和温度的感测值优选地以数字形式传输。为了节约功耗，通信在时段中的较短部分内执行。因此，只需在较小的时间百分比内对通信装置进行通电。通信优选在2GHz频带内进行。在一个实施例中，电源包括备用电池和电能提供装置。这些能量装置可包括任何类型的发电机装置以及太阳能电池、珀耳帖元件、燃料电池或其它装置。
根据本发明的另一实施例，借助于虚拟电池模型通过多个并行计算提供的电流值来估算SOC值。从测量的电流计算电池单元的第一电压值。在并联时，通过多个选定的电流值计算电压，每个选定的电流值少量地偏离测量的电流值。将每个以此方式计算的电压值与实际测量的电压值进行比较。当实现计算的电压值与测量的电压值之间紧密匹配时，选择用于匹配计算的输入电流值作为实际电流值。
在本发明的第一方面，本发明的目的是通过一种用于电力输电线的功率补偿器来实现，所述补偿器包括电压源换流器和储能装置，其中储能装置包括具有短路故障模式的高压电池装置。在又一实施例中，储能装置包括高能高温钠/金属氯化物电池。在又一实施例中，功率补偿器进一步包括用于使温度保持在电池装置的工作范围内的温度监控器。在又一实施例中，功率补偿器进一步包括控制系统，所述控制系统包括用于提供电池装置的充电状态估算的充电监控器。在又一实施例中，充电监控器包括SOC模块，所述SOC模块包括用于提供对电池电流的并行计算的电池虚拟模型。
在本发明的第二方面，本发明的目的是通过一种用于提供电力输电线的功率补偿的方法来实现，其中所述方法包括：形成包括多个串联的具有短路故障模式的电池单元的电池装置的储能装置，以实现6kV及更高范围内的电压；在第一运行模式下从电池单元向输电线提供电能，并且在第二运行模式期间从输电线接收电能到电池单元。在另一实施例中，所述方法包括：每个运行模式包括对电池装置的充电状态的估算。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，本领域技术人员可以更清楚地认识到本发明的其它特征和优点，在附图中：
图1为根据本发明的功率补偿器的主电路；
图2为根据本发明的包括多个电池单元的储能装置的侧视图；
图3为包括温度监控器和充电监控器的功率补偿器的主布局；
图4为储能装置和温度监控器的侧视图；
图5为温度监控器的另一实施例；以及
图6为本发明的用于黑启动能力的又一实施例。
具体实施方式
图1示出了通过变压器2连接到电力输电线的功率补偿器1的主电路。功率补偿器包括电压源换流器4、电容器装置6和储能装置5。电压源换流器包括至少六个自换向半导体开关，每个自换向半导体开关通过反向并联的二极管进行分流。电压源换流器具有连接到变压器的ac侧和连接到电容器装置和储能装置的dc侧。
储能装置包括多个串联的电池单元7。在图2所示的实施例中，在机架8中装配四个电池单元7a-7d。每个电池单元具有正极端9和负极端10。在所示实施例中，每个电池单元具有1500伏的电压，因此包括四个串联的电池的储能装置具有6kV的电压电平。然而，还可有更多的串联的电池，从而实现更高的电压电平。
储能装置包括包含钠/金属氯化物电池单元的高能高温电池，所述钠/金属氯化物电池单元具有范围为270-340℃的工作温度。每个电池单元包括包含多个串联的电池单元的绝热盒。在诸如充电或放电的操作中，电池产生热量。在空闲模式下，必须从电池外部提供热量以保持工作温度条件。因此，电池单元包括局部管回路，所述局部管回路具有用于接收气态介质流的第一开口11和用于排放气态介质的第二开口12。
钠/金属氯化物电池单元包括容纳于陶瓷材料的薄阻挡部内的电解质。当电池充电或放电时，反应前沿从陶瓷阻挡部向内传播。因此，充电和放电都在相同的方向传播并且是从陶瓷阻挡部开始。多个充电和放电循环可导致电池单元内留下多个限定电力容量区和非电力容量区的区域。
图3示出本发明的另一实施例。在本实施例中，功率补偿器1不仅包括电压源换流器4和储能装置5，而且包括温度监控器13和控制系统14，控制系统14包括多个传感器装置39、计算机装置41和充电监控器15。充电监控器包括用于估算电池充电状态的模块16。温度监控器13包括用于容纳传热介质的管网。管网包括主管回路17、位于每个电池单元中的局部回路18以及将主回路与局部回路连接的多个连接管19。温度监控器包括至少一个供热装置和用于使传热介质在管网中循环的移动流体单元。因此，通过使传热介质循环通过每个电池，热量通过对流被提供给电池。在所示实施例中，传热介质包括空气，并且移动流体单元包括风扇。
在图4中，温度监控器13被示意性地分成主管回路17和公共局部管回路18。在本实施例中，局部管回路呈现高压电位而主回路呈现接地电位。连接主管回路与局部管回路的连接管必须不仅呈现电绝缘而且可承受温度约为300℃的流体介质。在本实施例中，主回路包括用于每个电池单元的分离风扇20和管部件21。每个管部件包括用于向电池单元输送热量的供热元件22。热量输送单元可包括连接到低电压电源的阻性元件。
图5示出温度监控器的另一改进。在本实施例中，温度监控器的主回路进一步包括公共加热系统23，公共加热系统23包括加热器22和公共风扇20。根据本实施例，还提供对电池单元的冷却。因此，设置了具有冷却器26和公共冷却风扇27的冷却回路25。可通过切换阀28选择提供冷却或加热。在所示实施例中，加热系统包括穿过热量存储装置31的扩展回路。此外，系统包括通过热交换器32的第二回路29，以便与第二流体系统33进行热交换，第二流体系统33可包括来自电压源换流器阀的冷却水。加热系统还包括通过第二热交换器35的扩展回路，以便与第二加热系统34进行热交换，第二加热系统34可以是用于建筑物的加热系统。
图6示出了用于黑启动能力的功率补偿器1的主电路。使用与图1相同的附图标记，功率补偿器通过变压器2连接到电力输电线。功率补偿器包括电压源换流器4、电容器装置6和储能装置5。在所示实施例中，储能供给装置包括电池装置。电压源换流器具有连接到变压器的ac侧和连接到电容器装置和储能装置的dc侧。功率补偿器包括用于断开电池装置的第一主开关40a和第二主开关40b。与主开关并联设置的是包括电阻器装置41a和次级开关42a的第一并联路径以及包括电阻器装置41b和次级开关42b的第二并联路径。功率补偿器还包括用于控制开关的控制装置44。通常，控制装置接收来自变压器的独立绕组43的辅助电力。在出现网络停电的情况下，控制装置还包括电池装置和用于在死网络期间对开关进行控制的计算机装置。
本发明的实际保护范围不限于所示的实施例，还包括本领域技术人员显然可以得出的实施例。

Claims (12)

1.一种用于电力输电线(3)的功率补偿器(1)，包括：电压源换流器(4)、电容器装置(6)和储能装置(5)，其特征在于，所述储能装置包括：具有短路故障模式的高压电池装置、用于将所述电池装置从所述电容器装置断开的第一主开关(40a)和第二主开关(40b)以及用于操作所述第一和第二开关的控制单元(44)。
2.根据权利要求1的功率补偿器，其中，包括第一电阻器装置(41a)和第一次级开关(42a)的第一支路与所述第一主开关并联。
3.根据权利要求1或2的功率补偿器，其中，包括第二电阻器装置(41a)和第二次级开关(42a)的第二支路与所述第二主开关并联。
4.根据前述权利要求中任意项的功率补偿器，其中，所述储能装置包括高能高温钠/金属氯化物电池。
5.根据前述权利要求中任意项的功率补偿器，其中，所述功率补偿器进一步包括用于使温度保持在所述电池装置的工作范围内的温度监控器(13)。
6.根据前述权利要求中任意项的功率补偿器，其中，所述功率补偿器进一步包括控制系统(14)，所述控制系统(14)包括用于提供所述电池装置的充电状态估算的充电监控器(15)。
7.根据权利要求5的功率补偿器，其中，所述充电监控器包括SOC模块(16)，所述SOC模块(16)包括用于提供对电池电流的并行计算的电池虚拟模型。
8.一种提供对死网络进行黑启动的方法，所述死网络包括电压源换流器(4)、电容器装置(6)和储能装置(5)，所述方法的特征在于：
从所述储能装置给所述电容器装置赋能，开始切换所述电压源换流器，以及依赖于连接到网络的发电装置与用电装置的平衡来控制所述功率补偿器的到达所述网络和来自所述网络的电力流动。
9.根据权利要求8的方法，其中，所述赋能步骤包括：形成包括电阻器装置(41)的电流路径，以便降低所述电容器装置与所述储能装置之间的电流。
10.一种存储在计算机可用介质上的计算机程序产品，包括用于处理器的对根据权利要求8至9的方法进行评估的指令。
11.根据权利要求10的计算机程序产品，其至少部分地通过诸如因特网的网络来提供。
12.一种计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可读介质包括根据权利要求10的计算机程序产品。
CN2006800551417A 2006-06-30 2006-06-30 功率补偿器及通过该补偿器提供黑启动的方法 Active CN101473507B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/SE2006/000823 WO2008002223A1 (en) 2006-06-30 2006-06-30 Power compensator and method for providing a black start with that compensator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101473507A true CN101473507A (zh) 2009-07-01
CN101473507B CN101473507B (zh) 2011-08-24

Family

ID=38845877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006800551417A Active CN101473507B (zh) 2006-06-30 2006-06-30 功率补偿器及通过该补偿器提供黑启动的方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8310095B2 (zh)
EP (1) EP2036180B1 (zh)
CN (1) CN101473507B (zh)
WO (1) WO2008002223A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108072826A (zh) * 2016-11-11 2018-05-25 Ls 产电株式会社 用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路及其测试方法

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8883865B2 (en) 2006-09-05 2014-11-11 Cerion Technology, Inc. Cerium-containing nanoparticles
US7944184B2 (en) * 2008-04-07 2011-05-17 Korea Electric Power Corporation Static compensator apparatus for HVDC system
EP2294671B1 (en) * 2008-04-18 2012-02-01 ABB Research Ltd. Apparatus and method for transmission line control
WO2009152849A1 (en) * 2008-06-17 2009-12-23 Abb Research Ltd A power apparatus for a high voltage electrical power system
CN102656764B (zh) 2009-12-10 2015-09-16 Abb研究有限公司 用于高压功率设备的直流电源
CN102668305B (zh) 2009-12-22 2015-05-20 Abb研究有限公司 带有短路保护的电池能量存储系统和方法
KR20120020686A (ko) * 2010-08-31 2012-03-08 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 비상 시동 장치 및 방법
EP2666221B1 (en) 2011-01-18 2016-08-31 ABB Schweiz AG A high voltage dc power source and a power apparatus for a high voltage electrical power system
US20170234933A9 (en) * 2011-01-19 2017-08-17 Sendyne Corporation Converging algorithm for real-time battery prediction
US20130055014A1 (en) * 2011-08-29 2013-02-28 General Electric Company Analytical and Combinatorial Fault Restoration
EP2795780B1 (en) 2011-12-19 2020-07-08 ABB Schweiz AG Black start of a modular multilevel voltage source converter
US9054619B2 (en) * 2012-02-29 2015-06-09 General Electric Company Systems and methods for black starting a power grid using a self-starting synchronous condenser
US9190827B2 (en) * 2012-07-30 2015-11-17 Roger A. Dougal Soft restarting of a power network using inverter-controlled energy storage system
US9997918B1 (en) 2013-06-28 2018-06-12 Atlantic Grid Holdings Llc Systems and method for HVDC transmission
US10097034B2 (en) * 2014-12-16 2018-10-09 Cyberpower Systems, Inc. UPS system with network monitoring and attached battery pack information sensing functions
CN105846463B (zh) * 2016-05-09 2018-12-18 东南大学 一种多源协调的黑启动方法及系统
CN108808670B (zh) * 2018-07-03 2020-06-12 中国电力科学研究院有限公司 一种大停电后电力系统恢复的分区方案优化方法及装置
DE102018122586A1 (de) * 2018-09-14 2020-03-19 Wobben Properties Gmbh Windpark mit einer Stabilisierungseinheit sowie eine solche Stabilisierungseinheit
CN109301861B (zh) * 2018-09-14 2020-10-23 东南大学 一种光伏与光热系统协调发电的黑启动系统及其恢复方法
EP3723229A1 (en) * 2019-04-11 2020-10-14 Ørsted Wind Power A/S A method for black-starting an electrical grid
CN114629144B (zh) * 2022-05-16 2022-09-02 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种基于虚拟同步机的储能电站黑启动方法及系统
CN115733237A (zh) * 2022-11-23 2023-03-03 华为数字能源技术有限公司 储能系统和黑启动装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4502000A (en) 1983-07-19 1985-02-26 Energy Development Associates, Inc. Device for balancing parallel strings
US5642007A (en) * 1994-12-30 1997-06-24 Westinghouse Electric Corporation Series compensator inserting real and reactive impedance into electric power system for damping power oscillations
JP2001327083A (ja) 2000-05-18 2001-11-22 Ngk Insulators Ltd 高温二次電池による電力貯蔵及び補償システム
US6534954B1 (en) * 2002-01-10 2003-03-18 Compact Power Inc. Method and apparatus for a battery state of charge estimator
TW587358B (en) * 2002-11-08 2004-05-11 Uis Abler Electronics Co Ltd Hybrid virtual work compensating system
US20050012395A1 (en) * 2002-12-06 2005-01-20 Steven Eckroad Integrated closed loop control method and apparatus for combined uninterruptible power supply and generator system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108072826A (zh) * 2016-11-11 2018-05-25 Ls 产电株式会社 用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路及其测试方法
CN108072826B (zh) * 2016-11-11 2020-05-05 Ls 产电株式会社 用于测试功率补偿器中的子模块性能的合成测试电路及其测试方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2036180B1 (en) 2016-11-16
EP2036180A1 (en) 2009-03-18
CN101473507B (zh) 2011-08-24
WO2008002223A1 (en) 2008-01-03
US20090309421A1 (en) 2009-12-17
US8310095B2 (en) 2012-11-13
EP2036180A4 (en) 2014-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101473507B (zh) 功率补偿器及通过该补偿器提供黑启动的方法
USRE46156E1 (en) Hybrid energy storage system, renewable energy system including the storage system, and method of using same
US8364287B2 (en) Apparatus, system, and method to manage the generation and use of hybrid electric power
JP5590033B2 (ja) エネルギーシステム
KR101181822B1 (ko) 배터리 관리 시스템 및 배터리 관리 방법, 이를 이용하는 전력 저장 장치
US6494042B2 (en) Method of and apparatus for producing uninterruptible power
CN101401275A (zh) 充电控制器
JP5793719B2 (ja) 制御装置
WO2013015256A1 (ja) 電力管理システム及び管理方法
US8228034B2 (en) Method and system for load shifting
CN106067692A (zh) 飞机电气系统及其供电方法
US9281693B2 (en) System control apparatus for equipment
WO2007102758A1 (en) Power compensator
RU2402133C1 (ru) Компенсатор мощности и способ для обеспечения восстановительного запуска с этим компенсатором
JPH0272559A (ja) 分散型電源設備
KR20120080018A (ko) 연료전지를 이용한 발전 시스템
JP7331562B2 (ja) 電力需給制御システム、電力需給制御装置、及び電力需給制御方法
CN208369305U (zh) 一种新型独立备用电源系统
TWM638942U (zh) 通訊監控設備
KR20240094779A (ko) 에너지 저장장치
CA2615168C (en) Method and system for load shifting
JP2017208353A (ja) 電力制御装置、電力制御装置の制御方法および電力制御装置の制御プログラム

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20200226

Address after: Baden, Switzerland

Patentee after: ABB Switzerland Co.,Ltd.

Address before: Zurich

Patentee before: ABB RESEARCH Ltd.

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210512

Address after: Baden, Switzerland

Patentee after: ABB grid Switzerland AG

Address before: Baden, Switzerland

Patentee before: ABB Switzerland Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Swiss Baden

Patentee after: Hitachi energy Switzerland AG

Address before: Swiss Baden

Patentee before: ABB grid Switzerland AG

CP01 Change in the name or title of a patent holder
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240110

Address after: Zurich, SUI

Patentee after: Hitachi Energy Co.,Ltd.

Address before: Swiss Baden

Patentee before: Hitachi energy Switzerland AG

TR01 Transfer of patent right