CN107634530A - 高效的电网储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效的电网储能系统，包括外部电网系统、内部直流电网系统、和检测系统，所述外部电网系统设有整流系统和外网控制接入系统，所述外部电网系统通过整流系统对外部电网系统的电能整流为直流电后并入内部直流电网系统，所述内部直流电网系统连接有用于将内部直流电网的升压并入外部电网的变频控制系统，所述内部直流电网系统设有内网控制开关系统和飞轮组储能系统，所述整流系统、外网控制接入系统、变频控制系统、内网控制开关系统和飞轮组储能系统均连接检测系统，所述检测系统连接有DCS集中控制系统，本发明提供了一种能防止电网系统崩溃的高效的电网储能系统。

Description

高效的电网储能系统

技术领域

本发明涉及电网储能领域，更具体涉及高效的电网储能系统。

背景技术

目前国内风电、光伏发电等出现发电高峰时，用户使用低负载，不能并网发电被迫放弃的现象，造成此现象的原因是风电、光伏发电等的波动性大，没有煤电和水力发电稳定，煤电等为保证电网稳定不得不根据电网调度改变发电负载，不能在最经济条件下运行。为了保证电网的稳定不崩溃，需要将风电、光伏发电等控制在一定范围，由于火力发电燃料的投入到蒸汽推动汽轮机带动发电机运转需要十分钟以上，加上调度发出指令时间，需要在二十分钟左右。如果能保证风电、光伏发电等在风停止半个小时能保证稳定的输出，才能保证电网稳定运转，能够突破目前的电网对风力发电、光伏发电等在整个电网的不超过20%比例，不出现弃风、弃光等现象造成资源浪费。

目前电网储能的方法有抽水储能发电站、大容量蓄电池、惯性飞轮储能等。目前大容量蓄电池的容量、经济和技术上还存在限制不能大规模的使用；抽水储能发电虽然开始大规模使用但受到自然条件限制，在风力资源丰富的西北不能大规模使用；可以不受自然条件限制的使用的只有惯性飞轮储能，但目前没有报道有能满足大型电网需要的惯性飞轮储能系统。目前报道的飞轮储能系统使用的是在几万转每分钟的高转速、储能功率较低小型储能设备，没有办法大规模使用在大型电网系统上；目前的飞轮储能存在转速利用死区，对系统转动部件的加工精度要求高，附属系统多，成本高，因此无法满足大规模应用的需要。

目前大的电网的容量在亿千瓦以上，按照电网稳定运行的要求，电网的电压波动值在5%左右。如果风电、光伏等比例占到30%需要巨大的储能系统才能满足电网稳定运行。目前的电磁炮、激光等瞬间超级大功率的设备的瞬间功率在数千亿千瓦以上功率，如果在目前电网上使用，存在导致电网崩溃危险。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种能防止电网系统崩溃的的高效的电网储能系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种高效的电网储能系统，包括外部电网系统、内部直流电网系统、和检测系统，所述外部电网系统设有整流系统和外网控制接入系统，所述外部电网系统通过整流系统对外部电网系统的电能整流为直流电后并入内部直流电网系统，所述内部直流电网系统连接有用于将内部直流电网的升压并入外部电网的变频控制系统，所述内部直流电网系统设有内网控制开关系统和飞轮组储能系统，所述整流系统、外网控制接入系统、变频控制系统、内网控制开关系统和飞轮组储能系统均连接检测系统，所述检测系统连接有DCS集中控制系统。

进一步的所述飞轮组储能系统包括主电机和飞轮输入输出控制系统，所述主电机连接有若干相互串联或并联的飞轮。

进一步的所述飞轮组储能系统包括主电机、飞轮输入输出控制系统和若干单独的飞轮储能系统，所述飞轮储能系统包括直流电机，所述直流电机通过传动机构连接有变速箱，所述变速箱连接有若干相互串联或并联的飞轮，所述变速箱的输入端和输出端均连接有离合器。

进一步的所述飞轮输入输出控制系统包括通过改变直流电机的永久磁铁、电磁铁距离直流电机线圈的距离大小的液压系统或电磁伺服系统，以及用于改变电磁铁电流大小的电流控制系统。

进一步的所述飞轮上设有用于冷却飞轮的轴承的轴承冷却系统。

进一步的所述检测系统为用于监控测量电网储能系统中的设备的电压、电流、温度、转速的系统，所述DCS集中控制系统为针对于检测系统所测参数对电网储能系统中的设备作出调整的系统。

进一步的所述变频控制系统中的变压器采用非结晶金属材料或铁氧体制成。

进一步的所述直流电机的定子和转子采用非结晶金属或玻末合金或矽钢片材料制成。

进一步的所述飞轮由钢筋混凝土或钢材或铸铁制成。

进一步的所述外网控制接入系统通过交流电机接入飞轮组储能系统。

综上所述，本发明的有益效果如下：

1、本发明可以大规模的使用在国家大型电网上，作为电网储能系统来保证国家大型电网的稳定运转，而内部直流电网系统，只有电阻损耗，避免目前交流电网存在的其他损耗，具备节能减耗能力，飞轮可以使用普通轴承，且轴承的效率在99%以上。

2、飞轮储能系统占地面积小，可以应用于干旱缺水的地方。

3、本发明可提供瞬时大功率电源满足军工的特殊行业需要，可以将风能、光能等新能源全部利用起来，起到削峰填谷作用，降低目前火电在国家一次能源中的比例，提高风电、光伏等高绿色能源利用效率和国家电网的比例。替代目前调峰机组部分作用，保证核电、火电机组最佳状态稳定运行，极大解决目前的雾霾天气的火电厂因素影响。

4、在风电、光伏等小机组组成的电网，由于采用直流电网连接降低采用交流并网技术需要频率、相同步的要求，提高机组的利用效率。

5、通过离合器和变速箱的使用，可以保证飞轮储能系统的飞轮上的能量效率利用最大化，也保证了电能能够平稳储存到飞轮储能系统中。

附图说明

图1为本发明高效的电网储能系统的系统框图。

具体实施方式

参照图1对本发明高效的电网储能系统的实施例作进一步说明。

一种高效的电网储能系统，包括外部电网系统、内部直流电网系统、和检测系统，所述外部电网系统设有整流系统和外网控制接入系统，所述外部电网系统通过整流系统对外部电网系统的电能整流为直流电后并入内部直流电网系统，所述内部直流电网系统连接有用于将内部直流电网的升压并入外部电网的变频控制系统，所述内部直流电网系统设有内网控制开关系统和飞轮组储能系统，所述整流系统、外网控制接入系统、变频控制系统、内网控制开关系统和飞轮组储能系统均连接检测系统，所述检测系统连接有DCS集中控制系统。

本实施例中的外部电网系统可以是光伏发电厂、风电发电厂、火电发电厂和核电发厂等组成的大型电网系统，通过外部电网系统经过整流系统对内部直流电网系统提供直流电或交流电整流后的直流电，当输出的电压高于内部直流电网系统的电网电压，通过内部直流电网系统输入飞轮储能系统的直流电机，将电能转化为飞轮高速转动动能，当需要输出大功率电压的时候，储备的飞轮高速转动动能转换为电能输出，其中动能储能部件为大直径的直流发电机或交流发电机的转子和与转子同轴转动飞轮组，根据需要确定是否加发电机外部飞轮组，为保证系统的储能高效率、大容量，根据实际需求增加多组单独的飞轮储能系统，通过检测系统检测和通过DCS集中控制系统控制系统内参数变化保证能量输入输出稳定运行，最后根据需要将飞轮放置在真空或大气中，降低飞轮的能量利用死区，提高飞轮能量的利用效率。

本实施例优选的所述飞轮组储能系统包括主电机、飞轮输入输出控制系统和若干单独的飞轮储能系统，所述飞轮储能系统包括直流电机，所述直流电机通过传动机构连接有变速箱，所述变速箱连接有若干相互串联的飞轮，所述变速箱的输入端和输出端均连接有离合器，通过变速箱的档位变化保证转动飞轮在极低状态下的能量得到利用，保证电网输入的能量平稳输入飞轮。

本实施例优选的所述飞轮组储能系统包括主电机和飞轮输入输出控制系统，所述主电机连接有若干相互串联或并联的飞轮，这种连接方式更加简单。

本实施例优选的所述飞轮输入输出控制系统包括通过改变直流电机的永久磁铁、电磁铁距离直流电机线圈的距离大小的液压系统或电磁伺服系统，以及用于改变电磁铁电流大小的电流控制系统，飞轮的能量输出或输入通过控制直流电机的外加永久磁铁和直流电机绕组的距离，以及电磁铁的电流大小、电磁铁和直流电机绕组的距离，控制飞轮储能系统的电机进行电动机和发电机的功能角色转换，其中采用永久磁铁或电磁铁在移动距离电机转子距离来控制直流电机输出和输入状态时，在导轨上进行精确移动以确保永久磁铁或电磁铁移动位置精度，移动时采用伺服电机带动丝杆或液压缸进行前进或后退移动，电磁铁的电流控制保证飞轮储能系统输出电压及时跟上外部电网系统的功率需求变化，避免由于电压的波动造成外部电网系统的崩溃，电流控制系统应用于当电压波动过大时，只能改变电流大小才能避免外部电网系统的崩溃。

本实施例优选的所述飞轮上设有用于冷却飞轮的轴承的轴承冷却系统，由于轴承在运转时有大量的热量需要散发，本实施例中的轴承冷却系统采用风冷或水冷进行散热，保证飞轮的稳定工作。

本实施例优选的所述检测系统为用于监控测量电网储能系统中的设备的电压、电流、温度、转速的系统，所述DCS集中控制系统为针对于检测系统所测参数对电网储能系统中的设备作出调整的系统，为确保每台飞轮输出和输入能及时跟上内部直流电网系统和外部电网系统的变化需要，在每台设备都安装温度、转速、电压、电流测量点，如：直流电机的电枢温度测量，轴承温度测量，飞轮转速测量，直流电机的电压测量，主流电机的电流测量，组成完整的测量系统，为保证内部电网通过变频控制系统对外部电网系统能有稳定工作的状态，整个飞轮储能系统测量的参数，加上测量的内部直流电网系统的电压和电流的参数，所有测量信号进入DCS控制系统，通过DCS保证整个系统稳定的工作，保证外部电网的稳定工作。

本实施例优选的所述变频控制系统中的变压器采用非结晶金属材料或铁氧体制成，通过提高控制非结晶金属材料等（根据需要）的电流大小反应速度的控制元件，保证在微秒以下的时间内提供瞬间亿千瓦以上的大功率输出。

本实施例优选的所述飞轮的质量大于10吨，所述飞轮的线速度大于1000m/s，飞轮储能系统的动能储能部件飞轮为大直径的直流发电机或交流发电机的转子或包括转子同轴转动飞轮，根据需要确定是否加发电机外部飞轮，飞轮边缘的转速大约在1000米每秒的速度，根据实际需要调整飞轮的线速度，储能按照飞轮的质量十吨计算1000×1000×10000÷2=5000000000焦耳能量。

本实施例优选的所述直流电机的定子和转子根据需要采用非结晶金属或玻末合金或矽钢片材料制成。

本实施例优选的所述飞轮根据需求的线速度由钢筋混凝土或钢材或铸铁制成。

本实施例优选的所述外网控制接入系统通过交流电机接入飞轮组储能系统，必要时也能直接对外部电网系统供电。

本发明是一种廉价、高效、实用的电网的储能系统，能够做到能源储藏的绿色环保，既可以满足电网储能需要，也满足电磁炮，激光等需要瞬间超大功率的设备需要，且环保节能，也可以为向太空发射空间站等的超大功率、长时间的电磁弹射系统提供能量保证。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高效的电网储能系统，其特征是：包括外部电网系统、内部直流电网系统、和检测系统，所述外部电网系统设有整流系统和外网控制接入系统，所述外部电网系统通过整流系统对外部电网系统的电能整流为直流电后并入内部直流电网系统，所述内部直流电网系统连接有用于将内部直流电网的升压并入外部电网的变频控制系统，所述内部直流电网系统设有内网控制开关系统和飞轮组储能系统，所述整流系统、外网控制接入系统、变频控制系统、内网控制开关系统和飞轮组储能系统均连接检测系统，所述检测系统连接有DCS集中控制系统。

2.根据权利要求1所述的高效的电网储能系统，其特征是：所述飞轮组储能系统包括主电机和飞轮输入输出控制系统，所述主电机连接有若干相互串联或并联的飞轮。

3.根据权利要求1所述的高效的电网储能系统，其特征是：所述飞轮组储能系统包括主电机、飞轮输入输出控制系统和若干单独的飞轮储能系统，所述飞轮储能系统包括直流电机，所述直流电机通过传动机构连接有变速箱，所述变速箱连接有若干相互串联或并联的飞轮，所述变速箱的输入端和输出端均连接有离合器。

4.根据权利要求2或3所述的高效的电网储能系统，其特征是：所述飞轮输入输出控制系统包括通过改变直流电机的永久磁铁、电磁铁距离直流电机线圈的距离大小的液压系统或电磁伺服系统，以及用于改变电磁铁电流大小的电流控制系统。

5.根据权利要求2或3所述的高效的电网储能系统，其特征是：所述飞轮上设有用于冷却飞轮的轴承的轴承冷却系统。

6.根据权利要求1所述的高效的电网储能系统，其特征是：所述检测系统为用于监控测量电网储能系统中的设备的电压、电流、温度、转速的系统，所述DCS集中控制系统为针对于检测系统所测参数对电网储能系统中的设备作出调整的系统。

7.根据权利要求1所述的高效的电网储能系统，其特征是：所述变频控制系统中的变压器采用非结晶金属材料或铁氧体制成。

8.根据权利要求2或3所述的高效的电网储能系统，其特征是：所述直流电机的定子和转子采用非结晶金属或玻末合金或矽钢片材料制成。

9.根据权利要求2或3所述的高效的电网储能系统，其特征是：所述飞轮由钢筋混凝土或钢材或铸铁制成。

10.根据权利要求1所述的高效的电网储能系统，其特征是：所述外网控制接入系统通过交流电机接入飞轮组储能系统。