CN101752876A - 稳定电网的布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种稳定电网的布置。该电网通过逆变器系统与电力系统耦接，而该电力系统在需要时将电力馈入电网。同步发电机与电网相连。该同步发电机设计为补偿电网的突然负载变化。

Description

稳定电网的布置
技术领域
本发明涉及一种稳定电网的布置。
本发明特别涉及一种电网，该电网由经由逆变器系统耦接该电网的电力系统给予一定程度的供给。
背景技术
这种电网需要对突然的负载变化作出反应，因为突然的负载变化例如会在带有强的感应或电容特性的大型用电设备的机器的启动阶段或关机阶段出现。例如，大型电动马达的启动可能导致突然的负载变化。
此外，有越来越多与电网连接的风力涡轮机或风电场向该电网馈入时变输出电力。这些系统还经由逆变器系统连接到该电网。
这些事实造成电网的变化特征，特别是用于输电和配电的电网鲁棒性将变弱且不可靠。
用于连接电网与电力系统的逆变器系统对于平衡负载变化仅呈现小过载容量。典型的逆变器系统对电网提供其额定功率的约1.5倍(最大)，其可用于补偿负载变化。
由于负载变化，这可能导致电网强度的降低，并带来稳定性问题。
发明内容
因此本发明的目的是提供稳定电网的改进布置，该电网由经由逆变器系统耦接该电网的电力系统给予一定程度的供给。
这个目的由权利要求1的特征实现。优选实施方式是从属权利要求的目标。
根据本发明，电网经由逆变器系统与电力系统耦接。该电力系统在需要时将电力馈入电网。同步发电机与电网相连。该同步发电机设计为补偿电网的突然负载变化。
根据本发明，当同步发电机呈现极高鲁棒性以及是额定功率的2倍至8倍的短时超载容量时，电网由该同步发电机稳定。由于这种特性，突然负载变化由该发电机补偿。
如果电网由经由逆变器系统与该电网耦接的电力系统完全供给或供给到一定程度时，本发明的布置特别有益。
补偿电力系统的波动也是可能的，该电力系统包括风力涡轮机、风电场、光电电厂或燃料电池发电厂。这些系统经由逆变器系统向电网输送时变输出电力。
在优选实施方式(其借助于附图被描述)中，同步发电机是储能系统的一部分。
本发明允许增加逆变器耦接的电力系统给电网的份额，其到目前为止由于稳定性约束而受限。
本发明提高了电网的稳定性。
附图说明
借助两个附图更详细地示出本发明。
图1显示了本发明的示例性基本框图，以及
图2显示了发电机的示例性耦接。
具体实施方式
图1显示了本发明的示例性框图。风力发电厂用作电力系统PS，电力系统PS经由逆变器系统将时变输出电力供应至电网GR。
一定量的未接入电力被带至储能系统EES，储能系统EES包括高压电解器HPE、氢气储存器GS和发电厂PPT。电解器HPE连接氢气储存器GS。氢气储存器GS连接发电厂PPT。
过剩电力输送至电解器HPE，而电解器HPE借助于输送的电力将水分解成氧气和氢气。
氢气储存在氢气储存器GS中，并能供应给作为发电厂PPT一部分的燃气涡轮机GT。燃气涡轮机GT用于经由同步发电机将氢的化学能转换回电。
燃气涡轮机GT的废热用于产生蒸汽，蒸汽提供给蒸汽涡轮机，蒸汽涡轮机也将机械能输送至例如所述同步发电机或另一同步发电机的。
蒸汽涡轮机和燃气涡轮机GT经由轴与发电厂PPT的同步发电机GEN耦接。该系统可这样设置：每个涡轮机GT、ST都连接专用的同步发电机，或者这两个涡轮机GT、ST都连接同样的同步发电机。两个涡轮机GT、ST都用于驱动发电机GEN，以在需要时为电网GR生产电力。
图2显示了根据本发明的发电机GEN的示例耦接。
发电机GEN经由离合器CT连接储能系统的燃气涡轮机GT和蒸汽涡轮机ST。
离合器CT以两种不同模式操作，这两种模式称为“放电模式”和“电网支持模式”。
如果离合器CT打开，那么允许同步发电机GEN以“电网支持模式”操作，在该模式下，在负载突然变化期间该同步发电机吸收或注入电力。在“电网支持模式”中，储能的同步发电机用于稳定电网。
如果离合器CT关闭，那么发电机GEN能在需要时将附加的电力从储能系统ESS馈入电网GR。储能系统ESS的这种操作模式可称为“放电模式”。储能系统ESS的特点类似于常规动力天然气发电厂。
在优选实施方式中，离合器CT制造为在发电机全速连接或断开该发电机GEN。
在优选实施方式中，发电机GEN制造为旋转发电机。
借助于离合器CT，发电机GEN机械连接本实例中的涡轮机ST、GT或与之断开。
在优选实施方式中，还有控制系统，其控制如上所描述的耦接或断开。该控制系统也可对至电网GR的电力输送进行电力管理。
逆变器系统不向电网提供与旋转发电机相同的惯量。因此，发电机的惯量用于稳定电网。
高惯量(发电机所示的)减少了电网的频率扰动。
这种频率扰动可通常发生在大型用电设备的机器的启动阶段或关机阶段。
本发明使用了旋转发电机，其通常用于储能系统，如上面所描述的所谓的“氢能储存系统”或如所谓的“压缩空气储能系统”。

Claims (8)

1.一种稳定电网的布置，其中：
-电网经由逆变器系统与电力系统耦接，而该电力系统在需要时将电力馈入电网，
其特征在于，
-同步发电机与电网相连，以及
-该同步发电机设计为补偿电网的突然负载变化。
2.如权利要求1所述的布置，其特征在于：
同步发电机为储能系统的发电机。
3.如权利要求2所述的布置，其特征在于：
-发电机通过离合器连接储能系统，
-离合器打开允许发电机作为同步发电机补偿负载变化，
-离合器关闭允许发电机在需要时将附加电力从储能系统馈入电网。
4.如权利要求3所述的布置，其特征在于：
离合器制造为在发电机全速期间连接或断开发电机。
5.如权利要求2或3所述的布置，其特征在于：
-储能系统包括电解器、氢气储存器和发电厂，
-电解器连接到氢气储存器，
-氢气储存器连接到发电厂，
-发电机分配给发电厂，
-发电厂包括蒸汽涡轮机和/或燃气涡轮机，蒸汽涡轮机和/或燃气涡轮机经由轴与共用发电机或单独发电机耦接，
-过剩电力输送至电解器，而电解器借助于所述过剩电力将水分解成氧气和氢气，氢气储存在氢气储存器中，储存的氢气供应至燃气涡轮机，该燃气涡轮机用于提供机械能和废热，并用于为蒸汽涡轮机产生蒸汽且驱动发电机，而蒸汽供应至蒸汽涡轮机，该蒸汽涡轮机也用于驱动相同或不同的发电机，该发电机为电网生产电力。
6.如权利要求1所述的布置，其中，发电机是旋转发电机。
7.如权利要求1所述的布置，其特征在于：
电力系统包括风力涡轮机、风电场、光电电厂或燃料电池发电厂，其向电网输送时变输出电力。
8.如权利要求1所述的布置，其特征在于：
-发电机与用于克服发电机内部损耗的辅助电机相连，和/或
-发电机包括转动惯量以提供发电机额外的电网稳定能力。
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