CN108173274A - 一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，包括水力发电模块，水力发电模块通过导线分别与主变压器的输入端、变压器三和交流开关装置连接，主变压器的输出端与电网连接，变压器三连接有飞轮储能组模块，交流开关装置连接有变压器四，变压器四连接有电池储能组模块,水力发电模块、飞轮储能组模块和电池储能组模块均与调峰调频协调控制中心连接；本发明设计合理，提高了抽水蓄能电站或水电站电网功率和频率瞬态跟随能力，大幅度提高抽水蓄能机组及水电机组调峰调频灵活性，减少其弃水率，减小低负荷时抽水蓄能电站抽水水泵能耗，同时提高机组运行的安全性和经济性。
Description
技术领域
本发明涉及水电机组电网调峰调频技术领域，具体来说，涉及一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统。
背景技术
近年来，我国年用电量增长趋缓，但峰谷差却逐年拉大。伴随智能电网的快速推进，各类型电源的协同调度管理力度也随之提高，由于新能源波动性等因素，各地弃风、弃光问题严重，新能源电力的消纳成为电力行业亟待解决的问题。2016年我国水电（包括抽水蓄能）发电装机容量占总发电装机容量20.18%，水电作为现阶段最为优质、稳定的清洁能源，在协助电网大规模消纳风能、光伏能等间歇性能源的过程中扮演着无可替代的作用。充分挖掘结合现有水电机组的调峰调频能力，对加强电网安全、支撑促进新能源发展具有重要意义。
《华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》中指出，水电机组的基本调峰标准应达到其额定容量的100%。水电站执行电网调峰、调频等任务时，发电流量急涨急落，容易引起下游河道断面流量和水位的波动，影响引水灌溉、航运和生态环境。为平稳或消除水电站调峰不稳定流，将飞轮储能、电池储能等复合储能系统与水电机组并联的多元耦合储能系统，响应速度快、控制精确、双向的调节能力等可提高机组的深度调峰能力和电网频率跟随能力，同时具有的调频功能，可匹配现有的机组运行模式，减缓水电站调峰水位波动对环境的的影响，可降低抽水蓄能电站水泵能耗，可同步提高电网稳定性及水电机组的运行安全与经济性，是一种应对含大规模可再生能源电网系统调峰调频需求的较佳解决方案。
因此，设计出一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，成为水电机组灵活参与电网调峰调频的重要方式。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，包括水力发电模块，所述水力发电模块通过导线分别与主变压器的输入端、变压器三和交流开关装置连接，所述主变压器的输出端与电网连接，所述变压器三连接有飞轮储能组模块，所述交流开关装置连接有变压器四，所述变压器四连接有电池储能组模块,所述水力发电模块、飞轮储能组模块和电池储能组模块均与调峰调频协调控制中心连接。
进一步地，所述水力发电模块包括水电站和所述水电站的输出端连接的变压器二。
进一步地，所述水力发电模块包括抽水蓄能电站和与所述抽水蓄能电站输出端连接的变压器一。
进一步地，所述水电站包括水轮机，所述水轮机的一端与水工建筑和设备连接，所述水轮机的另一端与发电机，所述发电机与所述变压器二连接。
进一步地，所述抽水蓄能电站包括水泵水轮机，所述水泵水轮机分别与上水库、下水库和电动发电机连接，所述电动发电机与所述变压器一连接。
进一步地，所述飞轮储能组模块包括飞轮，所述飞轮通过永磁无刷直流电机连接有串联的PWM变流器一和PWM变流器二，所述PWM变流器二的输入端与变压器三连接。
进一步地，所述电池储能组模块包括电池，所述电池通过直流开关装置与PCS储能变流器连接，所述PCS储能变流器的输入端与变压器四连接。
进一步地，所述水泵水轮机选用混流式水轮机、斜流式水轮机、贯流式水泵水轮机中的一种。
进一步地，所述电池选用铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池、钠硫电池、全钒液流电池中的一种。
本发明的有益效果：本发明设计合理，基于水电站或抽水蓄能电站，依次利用飞轮储能组模块、电池储能组模块多种储能技术及水力发电模块电网进行调峰调频，提高了抽水蓄能电站或水电站电网功率和频率瞬态跟随能力，大幅度提高抽水蓄能机组及水电机组调峰调频灵活性，减少其弃水率，减小低负荷时抽水蓄能电站抽水水泵能耗，同时提高机组运行的安全性和经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统的原理示意图；
图2是根据本发明实施例所述的一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统的抽水蓄能电站的原理示意图。
图中：
1、上水库；2、下水库；3、水泵水轮机；4、电动发电机；5、变压器一；6、抽水蓄能电站；7、水电站；8、水工建筑和设备；9、水轮机；10、发电机；11、变压器二；12、飞轮；13、永磁无刷直流电机；14、PWM变流器一；15、PWM变流器二；16、变压器三；17、交流开关装置；18、变压器四；19、PCS储能变流器；20、直流开关装置；21、电池；22、电池储能组模块；23、飞轮储能组模块；24、调峰调频协调控制中心；25、主变压器；26、电网。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，包括水力发电模块，所述水力发电模块通过导线分别与主变压器25的输入端、变压器三16和交流开关装置17连接，所述主变压器25的输出端与电网26连接，所述变压器三16连接有飞轮储能组模块23，所述交流开关装置17连接有变压器四18，所述变压器四18连接有电池储能组模块22,所述水力发电模块、飞轮储能组模块23和电池储能组模块22均与调峰调频协调控制中心24连接。
所述水力发电模块包括水电站7和所述水电站7的输出端连接的变压器二11。
所述水力发电模块包括抽水蓄能电站6和与所述抽水蓄能电站6输出端连接的变压器一5。
所述水电站7包括水轮机9，所述水轮机9的一端与水工建筑和设备8连接，所述水轮机9的另一端与发电机10，所述发电机10与所述变压器二11连接。
所述抽水蓄能电站6包括水泵水轮机3，所述水泵水轮机3分别与上水库1、下水库2和电动发电机4连接，所述电动发电机4与所述变压器一5连接。
所述飞轮储能组模块23包括飞轮12，所述飞轮12通过永磁无刷直流电机13连接有串联的PWM变流器一14和PWM变流器二15，所述PWM变流器二15的输入端与变压器三16连接。
所述电池储能组模块22包括电池21，所述电池21通过直流开关装置20与PCS储能变流器19连接，所述PCS储能变流器19的输入端与变压器四18连接。
所述水泵水轮机3选用混流式水轮机、斜流式水轮机、贯流式水泵水轮机中的一种。
所述电池21选用铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池、钠硫电池、全钒液流电池中的一种。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
在具体使用时，本发明所述的调峰调频协调控制中心24是随动控制系统，其任务是在电网26需要调峰运行的情况下快速、准确地使水力发电模块的上网电量跟随电网26需求电量的变化，控制水力发电模块、飞轮储能组模块23和电池储能组模块22协同完成调峰任务。
本发明当电网26处于用电负荷低谷时，水电站7所多发出来的电能依次经过主变压器25、变压器三16、PWM变流器一14和PWM变流器二15，驱动永磁无刷直流电动机13工作，永磁无刷直流电动机13带动飞轮12转动，电能转化为机械能存储于飞轮储能组模块23；飞轮储能组模块23完全充电后，闭合交流开关装置17和直流开关装置20，剩下的部分电能经变压器四18和储能变流器19，储存在电池21中。
本发明当电网26处于用电负荷高峰时，首先飞轮12带动永磁无刷直流电动机13转动发电，飞轮储能组模块23中储存的机械能转变为电能，电能依次经PWM变流器二15、PWM变流器一14、变压器三16和主变压器25输送到电网26；其次闭合交流开关装置17和直流开关装置20，电池21放电，电能依次经过PCS储能变流器19、变压器四18和主变压器25输送到电网26；最后由水电站7承担剩下的调峰任务，水经过水工建筑和设备8带动水轮机9，水轮机9带动发电机转动发电，电能经过变压器二11和主变压器25输送到电网26。
本发明所述的水电站7可由抽水蓄能电站6替换，替换后当电网26处于用电负荷低谷时，富裕的电能依次经过主变压器25、变压器三16、PWM变流器一14和PWM变流器二15，驱动永磁无刷直流电动机13工作，永磁无刷直流电动机13带动飞轮12转动，电能转化为机械能存储于飞轮储能组模块23；飞轮储能组模块23完全充电后，闭合交流开关装置17和直流开关装置20，剩下的部分电能经变压器四18和PCS储能变流器19，储存在电池21中；剩下的全部电能经过变压器一5带动电动发电机工作，此时电动发电机4充当电动机，电动发电机4带动水泵水轮机3转动，此时水泵水轮机3充当水泵，把下水库2的水抽到上水库1，电能转化为水的势能储存起来。
本发明当电网处于用电负荷高峰时，首先飞轮12带动永磁无刷直流电动机13转动发电，飞轮储能组模块23中储存的机械能转变为电能，电能依次经PWM变流器二15、PWM变流器一14、变压器三16和主变压器15输送到电网16；其次闭合交流开关装置17和直流开关装置20，电池21放电，电能依次经过PCS储能变流器19、变压器四18和主变压器25输送到电网26；最后上水库1的水经过水泵水轮机3，此时水泵水轮机3充当水轮机，带动电动发电机4发电，此时电动发电机4充当发电机，水的势能转化为电能，电能依次经过变压器二11和主变压器25输送到电网26。
本发明所述水泵水轮机3。可以选用混流式、斜流式和贯流式等水泵水轮机。
本发明所述的电池21可以选用铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池、钠硫电池或全钒液流电池。
本发明中所述的飞轮储能组模块23和电池储能组模块22充放电都是双向的，即可以削峰填谷；但其中飞轮储能组模块23有超强超快的充放电能力，且使用寿命长；本系统中电池储能组模块22和飞轮储能模块23构成多元耦合储能组合系统；调峰调频协调控制中心控制水力发电模块、飞轮储能组模块22与多元耦合储能组合系统之间的协调运行。
综上所述，本发明设计合理，基于水电站或抽水蓄能电站，依次利用飞轮储能组模块、电池储能组模块多种储能技术及水力发电模块电网进行调峰调频，提高了抽水蓄能电站或水电站电网功率和频率瞬态跟随能力，大幅度提高抽水蓄能机组及水电机组调峰调频灵活性，减少其弃水率，减小低负荷时抽水蓄能电站抽水水泵能耗，同时提高机组运行的安全性和经济性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，其特征在于，包括水力发电模块，所述水力发电模块通过导线分别与主变压器（25）的输入端、变压器三（16）和交流开关装置（17）连接，所述主变压器（25）的输出端与电网（26）连接，所述变压器三（16）连接有飞轮储能组模块（23），所述交流开关装置（17）连接有变压器四（18），所述变压器四（18）连接有电池储能组模块（22）,所述水力发电模块、飞轮储能组模块（23）和电池储能组模块（22）均与调峰调频协调控制中心（24）连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，其特征在于，所述水力发电模块包括水电站（7）和所述水电站（7）的输出端连接的变压器二（11）。
3.根据权利要求1所述的一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，其特征在于，所述水力发电模块包括抽水蓄能电站（6）和与所述抽水蓄能电站（6）输出端连接的变压器一（5）。
4.根据权利要求2所述的一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，其特征在于，所述水电站（7）包括水轮机（9），所述水轮机（9）的一端与水工建筑和设备（8）连接，所述水轮机（9）的另一端与发电机（10），所述发电机（10）与所述变压器二（11）连接。
5.根据权利要求3所述的一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，其特征在于，所述抽水蓄能电站（6）包括水泵水轮机（3），所述水泵水轮机（3）分别与上水库（1）、下水库（2）和电动发电机（4）连接，所述电动发电机（4）与所述变压器一（5）连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，其特征在于，所述飞轮储能组模块（23）包括飞轮（12），所述飞轮（12）通过永磁无刷直流电机（13）连接有串联的PWM变流器一（14）和PWM变流器二（15），所述PWM变流器二（15）的输入端与变压器三（16）连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，其特征在于，所述电池储能组模块（22）包括电池（21），所述电池（21）通过直流开关装置（20）与PCS储能变流器（19）连接，所述PCS储能变流器（19）的输入端与变压器四（18）连接。
8.根据权利要求5所述的一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，其特征在于，所述水泵水轮机（3）选用混流式水轮机、斜流式水轮机、贯流式水泵水轮机中的一种。
9.根据权利要求7所述的一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，其特征在于，所述电池（21）选用铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池、钠硫电池、全钒液流电池中的一种。
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