CN102668294A - 用于存储和传输电力的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于存储和传输电力的系统。该系统包括至少一个存储系统、至少一个双向转换器、耦合到网络的至少一个负载，其中所述负载适应于既从网络接收电力又向网络提供电力。第一存储系统用于存储电源的电力。第一存储系统通过DC电力传输系统连接到第一双向转换器。第一双向转换器连接到AC网络并且AC网络连接到第一负载。

Description

用于存储和传输电力的系统
技术领域
本发明涉及一种能量存储和传输系统，尤其是DC传输系统。
背景技术
经常期望运输系统克服长距离并且穿越不存在合适的发电系统的区域。直流(DC)传输是用于这种长距离的经济电力传输的合适的传输方法。
已知DC传输系统用于两个远程系统之间的能量传递。由此，第一转换器（converter）站通常定位为靠近位于DC传输线路的一端的发电单元，并且第二转换器站在负载中心位于DC传输线路的另一端。
一些更复杂的DC传输系统包括双向转换器站并且允许通过双向转换器站控制电流流动方向。
全世界的运输产生大量的二氧化碳排放并因此对环境具有负面影响。因此希望为运输系统(尤其是铁路车辆)提供来自可再生能源的能量。
然而，运输系统必须高度可靠。相反地，可再生能源是间歇的并且它们的能量输出量存在波动。
此外，运输系统的电力需求通常也波动，因为车辆经常启动和停止。
因此，本发明的目的在于提供一种允许补偿能量供应和需求的波动的能量存储和传输系统。
这个目的通过独立权利要求来实现。有益的特征定义于从属权利要求中。在下面的详细描述中，另外的目的和优点是清楚的。
发明内容
本发明公开了一种用于存储和传输电力的系统，包括至少一个存储系统、至少一个双向转换器、耦合到网络的至少一个负载，其中所述负载适应于既从网络接收电力又向网络提供电力，其中第一存储系统用于存储电源的电力，其中第一存储系统通过DC电力传输系统连接到第一双向转换器，其中第一双向转换器连接到AC网络，且其中AC网络连接到第一负载。
根据本发明的系统包括至少一个能量存储器以补偿至少一个能源的能量输出变化。因此使得可以把具有波动的能量输出的能源用于需要无变化的能量供应的应用。
由此，根据本发明的系统实现把可再生能源(例如，太阳能或风力发电厂)用于这些应用而不需要用作能量存储器的国家或地区电网。
需要无变化的能量供应的应用包括运输系统。因此，根据本发明的系统允许运输系统(例如，铁路系统)的气候友好的能量供应。
有益地，根据本发明的系统允许双向能量流。负载不仅消耗能量，它也可以把能量馈送回该系统。
本发明的其它优点在于：由负载馈入的能量不仅可在本地存储，还可以传递给DC传输系统并且从DC传输系统传递给另一存储器。
附图说明
现在将参照附图作为示例描述本发明的实施例，其中：
图1：显示具有通过中央存储器连接到DC传输系统的发送端的电源的存储和传输系统。
图2：显示具有直接或者通过中央存储器连接到DC传输系统的电源的存储和传输系统。
图3：显示具有几个电源和中央存储器的存储和传输系统，其中电源和存储器连接到DC传输系统。
具体实施方式
如图1中所示，根据本发明的系统包括中央存储系统CST1。中央存储系统连接到电源系统RES11并用于存储电力，这允许补偿电源系统的能量输出变化。
电源系统RES11包括单个电源或几个电源，其中所述几个电源被一起管理。优选地，该电源系统包括可再生电源，像是风力发电厂或者太阳能发电厂。
另外，前述中央存储系统CST1通过高压直流电力传输系统(以下，称为HVDC传输系统)连接到双向转换器站CON12、CON13。HVDC传输系统允许长距离的经济电力传输，并且不仅针对HVDC链路而且针对周围的电气系统允许电力流的快速控制。
中央存储系统CST1通过AC/DC或DC/DC转换器站CON11连接到HVDC传输系统，并包括氢存储器、熔盐存储器或抽水（pumped hydro）存储器。此外，控制器CTR1连接到中央存储系统CST1。
另外，备用电源BAS1通过转换器站CON11连接到HVDC传输系统以用于补偿可再生电源系统的变化。备用电源包括一个或多个AC或DC电源并且转换器站CON11分别包括AC/DC转换器或DC/DC转换器。
上述双向转换器站CON12、CON13连接到AC供电网络，并且负载LOA11、LOA12耦合到该AC供电网络。作为示例，这些负载是铁路车辆。
铁路车辆适应于既从AC供电网络接收电力又向AC供电网络提供电力。
如图1中另外所示，AC供电网络包括开关SW11、SW21，开关SW11、SW21允许把AC供电网络分割成子区。子区能够被独立供电。因此，能够仅为存在铁路车辆的子区提供电力。
由此，开关或子区中断器SW11、SW12用于把第一转换器站CON12和关联的第一负载LOA11耦合到第二转换器站CON13和关联的第二负载LOA12或者使第一转换器站CON12和关联的第一负载LOA11与第二转换器站CON13和关联的第二负载LOA12分离。
双向转换器站CON12、CON13包括DC/AC转换器。通过双向转换器站，一方面，电力被馈入AC供电网络例如以使铁路车辆加速或者保持车辆速度，另一方面，例如在铁路车辆的减速期间从AC供电网络收获电力。
分布式（decentral）能量存储单元DST11、DST12连接到或者集成到这些双向转换器站CON12、CON13以吸收电力。存储在分布式存储单元DST11、DST12中的电力能够被提供给铁路车辆。分布式存储单元DST11、DST12可包括电化学存储器(例如，电池)、电存储器(例如，超级电容器)、机械存储器(例如，飞轮能量存储器)或者它们的任何组合。
从AC供电网络收获的能量也可以被馈送回HVDC传输系统并且从HVDC传输系统馈送给中央存储器CST1。因此，转换器CON11能够是双向转换器。
另外，存储系统CST1、DST11、DST12和/或双向转换器CON12、CON13和/或负载LOA11、LOA12和/或开关SW11、SW12和/或网络与能量管理系统连接，所述能量管理系统控制系统内的能量流。它还可以控制负载LOA11、LOA12的移动和开关SW11、SW12的开关操作。
在图2中显示的替代实施例中，除了主电源之外，另外的电源系统连接到该系统。
如图2中所示，该系统包括连接到电源系统RES21的中央存储系统CST2。
该电源系统RES21包括单个电源或几个电源，其中所述几个电源被一起管理。优选地，电源系统RES21包括可再生电源，像是风力发电厂或者太阳能发电厂。
前述中央存储系统CST2通过HVDC传输系统连接到双向转换器站CON22、CON23。由此，中央存储系统CST2直接以及通过AC/DC或DC/DC转换器站CON21连接到HVDC传输系统。中央存储系统CST2包括氢存储器和/或熔盐存储器和/或抽水存储器。此外，控制器CTR2连接到中央存储系统CST2。
此外，备用电源BAS2通过转换器站CON21连接到HVDC传输系统以用于补偿可再生电源系统的变化。备用电源可包括一个或多个AC或DC电源并且转换器站CON21分别包括AC/DC转换器或DC/DC转换器。
除了主电源RES21和备用电源BAS2之外，图2中显示的本发明的实施例包括连接到HVDC传输系统的另外的电源系统RES22、RES23。所述另外的电源系统能够以分布式方式定位并且可包括单个电源或几个电源，其中所述几个电源被一起管理。电源系统RES22和RES23也可包括可再生电源。
上述双向转换器站CON22、CON23连接到AC供电网络，并且负载LOA21、LOA22耦合到该AC供电网络。作为示例，这些负载是铁路车辆。
铁路车辆适应于既从AC供电网络接收电力又向AC供电网络提供电力。
如图2中另外所示，AC供电网络包括开关SW21、SW22，开关SW21、SW22允许把AC供电网络分割成子区。子区能够被独立供电。因此，能够仅为存在铁路车辆的子区提供电力。
由此，开关或子区中断器SW21、SW22用于把第一转换器站CON22和关联的第一负载LOA21耦合到第二转换器站CON23和关联的第二负载LOA22或者使第一转换器站CON22和关联的第一负载LOA21与第二转换器站CON23和关联的第二负载LOA22分离。
双向转换器站CON22、CON23包括DC/AC转换器。通过这些双向转换器站，一方面，电力被馈入AC供电网络例如以使铁路车辆加速或者保持车辆速度，另一方面，例如在铁路车辆的减速期间从AC供电网络收获电力。
分布式能量存储单元DST21、DST22连接到或者集成到这些双向转换器站CON22、CON23以吸收电力。存储在分布式存储单元DST21、DST22中的电力能够被提供给铁路车辆。分布式存储单元DST21、DST22可包括电化学存储器(例如，电池)、电存储器(例如，超级电容器)、机械存储器(例如，飞轮能量存储器)或者它们的任何组合。
从AC供电网络收获的能量也可以被馈送回HVDC传输系统并且从HVDC传输系统馈送给中央存储系统CST2。因此，中央存储系统直接连接到HVDC传输系统并且转换器CON21适应于允许双向能量流。
另外，存储系统CST2、DST21、DST22和/或转换器CON21、CON22、CON23和/或负载LOA21、LOA22和/或开关SW21、SW22和/或网络连接到能量管理系统，所述能量管理系统控制系统内的能量流。它还可以控制负载LOA21、LOA22的移动和开关SW21、SW22的开关操作。
在图3中显示的另一替代实施例中，电源系统以分布式方式定位。
如图3中所示，中央存储系统CST3再次通过HVDC传输系统连接到双向转换器站CON32、CON33。
由此，中央存储系统CST3直接以及通过AC/DC或DC/DC转换器CON31连接到HVDC传输系统。它包括氢存储器和/或熔盐存储器和/或抽水存储器。
图3中显示的实施例包括连接到HVDC传输系统的电源系统RES31、RES32。如前所述，这些和另外的电源系统可以以分布式方式定位。它们适应于向中央存储系统CST3提供能量。
电源系统RES31和RES32包括单个电源或几个电源，其中所述几个电源被一起管理。优选地，电源RES31、RES32包括可再生电源，像是风力发电厂或者太阳能发电厂。
此外，备用电源BAS3通过转换器站CON31连接到DC传输系统。备用电源可包括一个或多个AC或DC电源并且转换器站CON31分别包括AC/DC转换器或DC/DC转换器。
双向转换器站CON322、CON33连接到AC供电网络。负载LOA31和LOA32耦合到该AC供电网络。作为示例，这些负载是铁路车辆。
铁路车辆适应于既从AC供电网络接收电力又向AC供电网络提供电力。
如图3中另外所示，AC供电网络包括开关SW31和SW32，开关SW31和SW32允许把AC供电网络分割成子区。子区可以被独立供电。因此，能够仅为存在铁路车辆的子区提供电力。
由此，开关或子区中断器SW31、SW32用于把第一转换器站CON32和关联的第一负载LOA31耦合到第二转换器站CON33和关联的第二负载LOA32或者使第一转换器站CON32和关联的第一负载LOA31与第二转换器站CON33和关联的第二负载LOA32分离。
双向转换器站CON32、CON33包括DC/AC转换器。通过这些双向转换器站，一方面，电力被馈入AC供电网络例如以使铁路车辆加速或者保持车辆速度，另一方面，例如在铁路车辆的减速期间从AC供电网络收获电力。
分布式能量存储单元DST31、DST32连接到或者集成到这些双向转换器站CON32、CON33以吸收电力。存储在分布式存储单元中的电力能够被提供给铁路车辆。分布式存储单元可包括电化学存储器(例如，电池)、电存储器(例如，超级电容器)、机械存储器(例如，飞轮能量存储器)或者它们的任何组合。
从AC供电网络收获的能量也可以馈送回HVDC传输系统并且从HVDC传输系统馈送给中央存储系统CST3。因此，中央存储系统直接连接到HVDC传输系统并且转换器CON31适应于允许双向能量流。
另外，存储系统CST3、DST31、DST32和/或转换器CON31、CON32、CON33和/或负载LOA31、LOA32和/或开关SW31、SW32和/或网络与能量管理系统连接，所述能量管理系统控制系统内的能量流。它还可以控制负载LOA31、LOA32的移动和开关SW31、SW32的开关操作。

Claims (15)

1. 一种用于存储和传输电力的系统，包括：
至少一个存储系统，
至少一个双向转换器，
耦合到网络的至少一个负载，
其中所述负载适应于既从网络接收电力又向网络提供电力，
-其中第一存储系统(CST1,…,CST3)用于存储电源的电力，
-其中第一存储系统(CST1,…,CST3)通过DC电力传输系统连接到第一双向转换器(CON12, CON22, CON32)，
-其中第一双向转换器(CON12, CON22, CON32)连接到AC网络，
-其中AC网络连接到第一负载(LOA11, LOA21, LOA31)。
2. 根据权利要求1所述的系统，
-其中第二双向转换器(CON13, CON23, CON33)连接到DC电力传输系统，
-其中第二双向转换器(CON13, CON23, CON33)连接到AC网络，
-其中AC网络连接到第二负载(LOA12, LOA22, LOA32)，以及
-其中AC网络包括开关(SW11, SW21, SW31)，开关(SW11, SW21, SW31)用于把第一转换器(CON12, CON22, CON32)和第一负载(LOA11, LOA21, LOA31)耦合到第二转换器(CON13, CON23, CON33)和第二负载(LOA12, LOA22, LOA32)或者使第一转换器(CON12, CON22, CON32)和第一负载(LOA11, LOA21, LOA31)与第二转换器(CON13, CON23, CON33)和第二负载(LOA12, LOA22, LOA32)分离。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的系统，
-其中AC网络向例如铁路车辆(LOA11, LOA21, LOA31, LOA12, LOA22, LOA32)的车辆提供电力。
4. 根据权利要求1或权利要求2所述的系统，
-其中第一存储系统(CST1,…,CST3)直接和/或通过AC/DC转换器(CON11, CON21, CON31)和/或通过DC/DC转换器(CON11, CON21, CON31)连接到DC传输系统。
5. 根据权利要求4所述的系统，
-其中转换器(CON11, CON21, CON31)是双向转换器。
6. 根据权利要求1或权利要求2所述的系统，
-其中第一存储系统(CST1,…,CST3)包括氢存储器和/或熔盐存储器和/或抽水存储器。
7. 根据权利要求1或权利要求2所述的系统，
-其中至少一个第二存储系统(DST11, DST12, DST21, DST22, DST31, DST32)通过该双向转换器(CON12, CON13, CON22, CON23, CON32, CON33)之一连接到AC网络。
8. 根据权利要求1或权利要求2所述的系统，
-其中至少一个第二存储系统(DST11, DST12, DST21, DST22, DST31, DST32)通过该双向转换器(CON12, CON13, CON22, CON23, CON32, CON33)之一连接到DC传输系统并且通过该DC传输系统连接到第一存储系统(CST1,…,CST3)。
9. 根据权利要求7或权利要求8所述的系统，
-其中存储系统(DST11, DST12, DST21, DST22, DST31, DST32)包括电化学存储器、电存储器或者机械存储器。
10. 根据前面权利要求之一所述的系统，
-其中控制器 (CTR1,…,CTR3)连接到存储系统(CST1,…,CST3, DST11, DST12, DST21, DST22, DST31, DST32)。
11. 根据前面权利要求之一所述的系统，
-其中存储系统(CST1,…,CST3, DST11, DST12, DST21, DST22, DST31, DST32)和/或转换器(CON11, CON21, CON31, CON12, CON22, CON32, CON13, CON23, CON33)和/或负载(LOA11, LOA21, LOA31, LOA12, LOA22, LOA32)和/或开关(SW11, SW21, SW31)和/或网络与能量管理系统连接，所述能量管理系统适应于控制能量流。
12. 根据权利要求11所述的系统，
其中所述能量管理系统适应于控制负载的移动和/或开关(SW11, SW21, SW31, SW12, SW22, SW32)的开关操作以选择性地为网络的子区供电。
13. 根据前面权利要求之一所述的系统，
其中至少一个电源系统(RES11, RES21, RES22, RES23, RES31, RES32)连接到DC传输系统。
14. 根据权利要求13所述的系统，
其中电源系统(RES11, RES21, RES22, RES23, RES31, RES32)包括可再生电源，像是风力发电电源、太阳能发电电源或者水力发电电源。
15. 根据权利要求14所述的系统，
其中至少一个备用电源(BAS1,…,BAS3)连接到DC传输系统以用于补偿可再生电源(RES11, RES21, RES22, RES23, RES31, RES32)的变化。
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