CN102457065A

CN102457065A - 发电设备

Info

Publication number: CN102457065A
Application number: CN2011101123861A
Authority: CN
Inventors: 林朔; 王琤
Original assignee: Mou Liaofeng
Current assignee: Beijing Ray Power Technology Co., Ltd.
Priority date: 2011-05-03
Filing date: 2011-05-03
Publication date: 2012-05-16
Also published as: WO2012149870A1

Abstract

本发明公开了一种发电设备，包括：发电机，其被配置用于根据接收到的指令产生电能；以及储能装置，其被配置用于根据所述指令和发电机产生的电能之间的差来提供或者吸收电能，并且所述发电设备将发电机产生的电能和储能装置所提供或者吸收的电能的总和作为输出电能。

Description

发电设备

技术领域

本发明涉及电力领域，具体而言，涉及一种用于输出电能的发电设备。

背景技术

电力系统包括电网、提供电能的发电设备以及各种用电设备。希望的是，发电设备所提供的电能与用电设备所消耗的电能实时平衡，由此达到整个电力系统稳定可靠地运行。然而，本领域技术人员知道，由于用电设备所消耗电能的波动性和随机性，例如某个用电设备突然被接通或关断，或者由于发电及电网设备的随机事故等，实际上不可能完全实现电能平衡。然而，总是希望发电设备所提供的电能尽可能地与用电设备所消耗的电能平衡。为此，通常会根据电力系统的运行状态提供指令给发电设备，要求发电设备根据该指令来输出电能。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本发明的一个实施例，提供了一种发电设备，包括：发电机，其被配置用于根据接收到的指令产生电能；以及储能装置，其被配置用于根据所述指令和发电机产生的电能之间的差来提供或者吸收电能，并且所述发电设备将发电机产生的电能和储能装置所提供或者吸收的电能的总和作为输出电能。

通过根据本发明的发电设备，可以更好地实现发电设备所提供的电能与用电设备所消耗的电能的平衡，提高整个电力系统的稳定性，并且可以增加发电厂的经济收益。

附图说明

本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：

图1示意性示出了发送给发电设备的自动发电控制(AGC)指令的曲线图；

图2示意性示出了根据本发明的一个实施例的发电设备响应AGC指令的过程；

图3示意性示出了根据本发明的另一个实施例的发电设备响应AGC指令的过程；

图4示意性示出了根据本发明的另一个实施例的发电设备响应AGC指令的过程；

图5示意性示出了根据本发明的另一个实施例的发电设备响应AGC指令的过程；

图6示意性示出了根据本发明的另一个实施例的发电设备响应AGC指令的过程；

图7示意性示出了根据本发明的另一个实施例的发电设备响应AGC指令的过程；

图8示出了根据本发明的一个实施例的发电设备的示意性结构图；

图9示出了根据本发明的另一个实施例的发电设备的示意性结构图；

图10示出了根据本发明的一个优选实施例的发电设备的示意性结构图；并且

图11示出了根据本发明的另一个优选实施例的发电设备的示意性结构图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

如在背景技术部分所说明的那样，人们总是希望发电设备所提供的电能尽可能地与用电设备所消耗的电能平衡，由此达到整个电力系统稳定可靠地运行。为此，通常会根据电网的运行状态提供指令给发电设备，要求发电设备根据该指令来输出电能。本领域技术人员知道，电网中的实际耗电量具有一定的规律，例如某个区域中凌晨耗电量较小，随着工作时间的到来耗电量增加，到夜晚耗电量又降低。电网中的调度中心可以统计得出电网中的耗电量的变化规律，并相应地提前确定在某个时段某个发电设备(或者某个发电厂)的发电量。例如，调度中心可以提前将该预先确定的发电量提供给相应的发电设备，以便发电设备可以在确定时段根据该预先确定的发电量来发电。

然而，由于用电设备所消耗电能的波动性和随机性，或者甚至由于某个设备的突然故障，电网中的实际耗电量通常与预先确定的耗电量有偏差。如果所有发电设备所提供的电能与电网的实际电能消耗偏差过大，则会危及电力系统的安全稳定运行。

为了克服上述缺点，现有的一些方案都是关注电网方面的改进，而较少涉及发电设备(或者电厂)方面的改进。因为本领域技术人员知道，如果要求对发电设备(或者电厂)进行结构改造，则涉及到巨大的投资，实际上难以实施。

然而发明人经过研究发现，完全可以通过对发电设备进行改进来显著改善现有发电设备平衡电网负荷波动的能力。下面进行具体描述。

如上面所述，虽然电网的调度中心可以提前将预先确定的发电量提供给相应的发电设备，然而由于用电设备所消耗电能的偶然性和随机性，电网中的实际耗电量通常与预先确定的耗电量有偏差。因此，实际应用中，电力系统会根据实时运行状态发送自动发电控制(AGC)指令给发电设备，要求发电设备按照该AGC指令来发电。图1示出了发送给发电设备的AGC指令的示意性曲线图。本领域技术人员知道，预先确定的发电量的曲线变化通常比较慢，例如每15分钟或者30分钟变化一次，然而AGC指令是实时变化的，因此变化比较快。如图1中示意性示出的那样，AGC指令可能在数分钟或者甚至数秒钟之内就发生变化。发电设备中的发电机通常是机械设备，由于其机械惯性而难以在如此短的时间内迅速地响应并完成AGC指令要求。

发明人注意到，虽然AGC指令变化比较快，然而其总是围绕预先确定的发电量的曲线波动，而并不会偏离太远。因此，可以改进发电设备，使得发电设备更好地响应AGC指令。

由于发电机的机械惯性导致发电机产生的电能难以快速响应变化的AGC指令的要求，因此，可以考虑使用附加的装置来与发电机协作，该附加的装置应当能够根据要求快速地改变其输出的电能，从而使整个发电设备的输出更好地响应AGC指令。

因此，根据本发明的一个实施例，提供了一种发电设备，包括：发电机，其被配置用于根据接收到的指令产生电能；以及储能装置，其被配置用于根据所述指令和发电机产生的电能之间的差来提供或者吸收电能，并且所述发电设备将发电机产生的电能和储能装置所提供或者吸收的电能的总和作为输出电能。

如上所述，发电机具有机械惯性，因此虽然其被配置为根据接收到的AGC指令来产生电能，然而并不能快速响应AGC指令。由于根据本发明的发电设备还包含储能装置，该储能装置能够在发电机产生的电能高于AGC指令的要求时进行充电，并且在发电机产生的电能低于AGC指令的要求时放电，并且储能装置能够实现快速响应，因此包括发电机和储能装置的发电设备的输出能够更好地响应AGC指令。

下面具体阐述带有发电机和储能装置的发电设备如何响应AGC指令。在图2至图7中，虚线代表AGC指令，粗实线代表发电设备中的发电机输出的电能，而阴影部分代表储能装置所输出的电能。这里要说明的是，当阴影部分在AGC指令之下时，表明储能装置提供电能(或者放电)，而当阴影部分在AGC指令之上时，表明储能装置吸收电能(或者充电)。

图2示意性示出了根据本发明的一个实施例的发电设备响应AGC指令的过程。从图2中可以看到，在T0之前，发电设备的输出功率为200MW。在T0时，AGC指令要求发电设备输出功率变为220MW，然而由于发电机的特性，发电机只有在T1时才开始响应，并且在T2时才可以达到220MW，因此响应时间长并且调节速率低。在根据本发明的发电设备中还包括储能装置，该储能装置在T0时得知AGC指令之后在Ts时立即开始响应。由于这里需要增加发电设备的输出功率，因此储能装置放电。图2中的阴影部分就是储能装置提供的电能。其中Ts-T0可以达到非常小，甚至达到毫秒的数量级，因此极大地缩短了发电设备对于AGC指令的响应时间。并且由于储能装置能够迅速地放电，因此能够甚至几乎与Ts同时地达到AGC指令所要求的功率，从而也显著改进了发电设备的调节速率。另一方面，如从图2的曲线的右部可以看到的那样，由于发电机的机械惯性，可能在发电机的输出达到AGC指令的要求时还会出现波动，储能装置可以在发电机产生的电能大于AGC指令的要求时进行充电，并且在发电机产生的电能小于AGC指令的要求时放电，从而使得发电设备最终输出的电能以极高的精度满足AGC指令的要求。

发明人注意到，出于成本的考虑，高性能储能装置的容量可能会受到限制。因此，图3示意性示出了根据本发明的另一个实施例的发电设备响应AGC指令的过程。在该实施例中，可以看到，在T0时接收到AGC指令之后，储能装置同样可以在Ts时立即开始响应，然而由于储能装置的性能而使得不能如图2所示的那样立即达到AGC指令所要求的220MW的功率，而是经过一段时间才达到该功率。使用这种方式，虽然比图2所示的实施例的调节速率有所降低，但是相比于仅仅使用发电机的输出的情况，仍然可以改进整个发电设备的响应时间、调节速率和调节精度，同时由于可以使用较少的储能装置，所以降低了发电设备的成本。

图4示意性示出了根据本发明的另一个实施例的发电设备响应AGC指令的过程。从图4可以看到，在该情况下，在接收到AGC指令之后，发电机依然按照原定的计划运行，完全由储能设备来响应AGC指令。在这种情况下，虽然提高了对储能装置的需求，但是降低了对发电机的要求。

图5示意性示出了根据本发明的另一个实施例的发电设备响应AGC指令的过程。在图5中可以看到，在T0之前，发电设备的输出功率为200MW。在T0时，AGC指令要求发电设备输出功率变为180MW，然而由于发电机的特性，其只有在T1时才开始响应，并且在T2时才可以达到180MW。根据本发明，储能装置在T0时得知AGC指令之后在Ts时立即开始响应。由于这里需要降低发电设备的输出功率，因此储能装置充电。图5中的阴影部分就是储能装置吸收的电能。其中Ts-T0可以达到非常小的程度，甚至达到毫秒的数量级，因此极大地缩短了发电设备对于AGC指令的响应时间。并且由于储能装置能够迅速地充电，因此能够甚至几乎与Ts同时地达到AGC指令所要求的功率，从而也显著改进了发电设备的调节速率。另一方面，如从图5的曲线的右部可以看到的那样，储能装置可以使得发电设备最终输出的电能以极高的精度满足AGC指令的要求。

图6示意性示出了根据本发明的另一个实施例的发电设备响应AGC指令的过程。在该实施例中使用了性能较低的储能装置。类似于图3的实施例，在图6中虽然比图5所示的实施例的调节速率有所降低，但是相比于仅仅使用发电机的输出的情况，仍然可以改进整个发电设备的响应时间、调节速率和调节精度，同时由于可以使用较低性能的储能装置，所以降低了发电设备的成本。

图7示意性示出了根据本发明的另一个实施例的发电设备响应AGC指令的过程。类似于图4所示的实施例，在该情况下，在接收到AGC指令之后，发电机依然按照原定的计划运行，完全由储能设备来响应AGC指令。在这种情况下，虽然提高了对储能装置的需求，但是降低了对发电机的要求。

图8示出了根据本发明的一个实施例的发电设备的示意性结构图。在图8所示的实施例中可以看到，发电设备包括多个发电机G和一个储能装置ESS。这些发电机G共享储能装置。也就是说，储能装置ESS根据AGC指令与这些发电机G所产生的电能之和之间的差来提供或者吸收电能。也可能的是，发电机G以其他方式分组地共享储能装置ESS。例如，根据实际情况，可以是两个发电机G共享一个储能装置、三个发电机G共享一个储能装置等等。通过这种共享储能装置的设计，可以减少储能装置的数目，从而降低成本。

图9示出了根据本发明的另一个实施例的发电设备的示意性结构图。在图8所示的实施例中可以看到，发电设备包括多个发电机G和多个储能装置ESS，其中与每个发电机都关联地设置有专用的储能装置。通过这种方式，可以更灵活地调节每个发电机所在支路的电能供应。

图10示出了根据本发明的一个优选实施例的发电设备的示意性结构图。根据本发明的实施例的发电设备可以使用在发电厂中。发明人注意到，在发电厂中通常具有升压变压器，用于将发电机连接到外部电网，此外还具有发电厂内部使用的变压器，用于将发电机连接至发电厂内部的其他一些用电设备或者负荷。因此，在本发明的一个方案中，如图10所示，可以将储能装置ESS连接到这些已有的内部使用的变压器T2上，或者连接在该变压器T2的母线上。特别优选地，可以将储能装置连接到发电厂中的高压厂用变压器(又称为高厂变)上。

另外，发明人注意到，在发电厂中已经存在发电厂内部电气系统。图11示出了根据本发明的另一个优选实施例的发电设备的示意性结构图。在图11中，用围绕储能装置ESS的圈表示发电厂中的电气系统，其中该电气系统尤指高压厂用变压器(又称为高厂变)的厂用负荷侧的电气系统。根据本发明的储能装置可以连接在该电气系统中，如图11示意性示出的那样。

另外也可能的是，将储能装置直接连接在发电机和所述升压变压器之间的母线上。

在此要说明的是，根据本发明的实施例所提出的发电设备可以使用在任何发电厂中，尤其是可以使用在火力发电厂中，因为火力发电厂的发电机具有大的机械惯性，因此通过使用本发明的方案，极大地改进了火力发电厂对电网指令的响应时间、调节速率和调节精度。

根据本发明的一个具体实施形式，优选的是，储能装置包含锂离子电池储能、飞轮储能、高级铅酸储能、超级电容器储能、钒电池储能等储能技术。

通过使用本发明所提的方案，由于在发电设备中包括储能装置，因此会导致对于发电设备的巨大投资，按照本领域技术人员的一般观点会认为这种改造严重影响经济性。然而，发明人发现，通过使用本发明所提出的方案，在长期来看完全可以产生经济效益。因为通过本发明的方案，改进了发电设备的响应时间、调节速率和调节精度。因此，电网会得知该发电设备(或者具有该发电设备的发电厂)具有极好的性能，从而在需要时会倾向于为该发电设备分配更多的任务，例如要求该发电设备进行更多的调节，由此电厂会相应地获得更多的经济收益。另一方面，就电网而言，使用这种发电设备提供的电能可以更好地平衡电网中的负荷波动，因此也提高电网的可靠性和稳定性。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上虽然结合附图详细描述了本发明的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本发明，而并不构成对本发明的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本发明的实质和范围。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。

Claims

1.一种发电设备，包括：

发电机，其被配置用于根据接收到的指令产生电能；以及

储能装置，其被配置用于根据所述指令和发电机产生的电能之间的差来提供或者吸收电能，并且

所述发电设备将发电机产生的电能和储能装置所提供或者吸收的电能的总和作为输出电能。

2.根据权利要求1所述的发电设备，其中当发电机产生的电能低于所述指令时，储能装置提供电能，而当发电机产生的电能高于所述指令时，储能装置吸收电能。

3.根据权利要求1或2所述的发电设备，其中所述输出电能部分地或者完全地符合所述指令的要求。

4.根据权利要求1或2所述的发电设备，其中所述指令是根据电力系统的实时运行状态而得到的。

5.根据权利要求1或2所述的发电设备，其中所述发电设备包括多个发电机，与每个发电机都关联地设置有专用储能装置。

6.根据权利要求1或2所述的发电设备，其中所述发电设备包括多个发电机，所述多个发电机分组地共享储能装置。

7.根据权利要求1或2所述的发电设备，其中所述发电设备是使用在火力发电厂中的发电设备。

8.根据权利要求1或2所述的发电设备，其中所述储能装置包含如下储能技术：锂离子电池储能、飞轮储能、高级铅酸储能、超级电容器储能和钒电池储能。

9.根据权利要求1或2所述的发电设备，其中所述储能装置连接在发电厂内部使用的变压器上，或所述变压器的母线上。

10.根据权利要求9所述的发电设备，其中所述变压器是高压厂用变压器。

11.根据权利要求1或2所述的发电设备，其中所述储能装置连接在发电厂内部的电气系统中。

12.根据权利要求1或2所述的发电设备，其中所述储能装置直接连接在发电机和升压变压器之间的母线上，其中发电设备通过所述升压变压器与外部电网连接。