CN209767161U - 一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统，包括：火电厂发电机组，所述火电厂发电机组将控制指令传送至主控制终端，所述主控制终端将控制指令传送至电极直热控制单元、电蓄热控制单元和飞轮电池控制单元；所述电极直热控制单元包括控制器a，所述控制器a通过三相交流电与电极锅炉相连接，所述电极锅炉的进水口与控制阀a相连通，所述控制阀a与除氧水装置相连通，所述除氧水装置与水泵相连通，所述电极锅炉的蒸汽出口端与热网均压器和热用户端相连通，所述均压器与用于为用户提供热源的热网加热器相连通。

Description

一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统

技术领域

本实用新型涉及火电厂调峰和调频技术领域，尤其涉及一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统。

背景技术

近年以来，随着电网负荷结构的显著变化以及电网装机容量迅速增长，电网日常运行中负荷的峰谷差日益增大，同时电网弃风消纳的能力不足。热电联产机组“以热定电”方式运行，调峰能力有限。调峰困难已成为电网运行中最为突出的问题。电网调峰与火电机组供热之间的矛盾处理不好，可能影响居民冬季供暖安全，关系民生。为了满足电网调峰需求，以及电厂在激烈竞争中的生存需要，深度调峰势在必行。

目前电厂内部调峰主要依靠机组减负荷调峰和电蓄热锅炉辅助调峰技术等来实现，此类技术虽然能达到调峰的目的，但是受区域大面积供热负荷和技术本身限制，存在设备占地面积大、建造维护成本高和严重能源浪费等缺点，无法达到最优的深度调峰效果，并且无法实现调峰、调频、直热、蓄热和供电有机的结合。

实用新型内容

根据现有技术存在的问题，本实用新型公开了一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统，包括：火电厂发电机组、发电机、用于监控国家电网需求状态并控制多维单元的主控制终端、国家电网、除氧水装置、给水泵、热网均压器、热网加热器、热用户端、电极直热控制单元、电蓄热控制单元和飞轮电池控制单元；所述火电厂发电机组与发电机相连接，并发出指令给主控制终端，分别与电极直热控制单元、电蓄热控制单元、飞轮电池控制单元和国家电网相连接，除氧水装置、给水泵、热网均压器、热网加热器和蓄热用户端分别与电极直热控制单元、电蓄热控制单元相连接；

所述电极直热控制单元包括控制器a，所述控制器a通过三相交流电与电极锅炉相连接，所述电极锅炉进水口与控制阀a相连通，所述控制阀a与除氧水装置、给水泵相连通，所述电极锅炉蒸汽出口与热网均压器或热用户端相连通，所述均压器与用于为用户提供热源的热网加热器相连通；

所述电蓄热控制单元包括控制器b,所述控制器b通过三相交流电与电蓄热锅炉相连接，所述电蓄热锅炉进水口与控制阀b相连通，所述控制阀b与除氧水装置、给水泵相连通，所述电极锅炉热水出口与热网均压器相连通，所述电极锅炉蒸汽出口与热用户端相连通，所述均压器与用于为用户提供热源的热网加热器相连通；

所述飞轮电池控制单元包括控制器c、AC滤波器、AC/DC/AC双向变流器和飞轮电池，所述控制器c的输出端与AC/DC/AC双向变流器相连接，所述AC滤波器的一端通过三相交流电与发电机和国家电网相连接，所述AC滤波器的另一端与AC/DC/AC双向变流器相连接，所述AC/DC/AC双向变流器的另一端与飞轮电池相连接。

所述主控制终端与控制器a、控制器b、控制器c通过控制电路相连接，所述控制器a与控制阀a通过控制电路相连接，所述控制器b与控制阀b、电蓄热锅炉的风机通过控制电路相连接。

工作状态下：所述主控制终端接收到电厂调度指令调控控制器a、控制器b和控制器c，其中控制器a通过对电极直热控制单元的控制可以实现无极调峰，同时由于其直热特点，可快速将蒸汽供给热网加热器供暖或直接提供高品质蒸汽给热用户，此过程为不可逆调峰过程；其中控制器b通过对电蓄热控制单元的控制可以实现深度调峰，同时由于其蓄热特点，可将晚上多余的电能转换成热能储存起来用于白天供给热网加热器供暖或直接提供高品质蒸汽给热用户端，此过程为不可逆调峰过程；其中控制器c通过对飞轮电池控制单元的控制可以实现调峰和调频，同时由于其蓄电能的特点，可将多余的电能储存起来用于电网波峰时段的电能补充，此过程为可逆调峰和调频过程。

所述电极锅炉包括高压电极锅炉，电压范围为6KV-66KV。

所述电蓄热锅炉采用电阻式加热装置和电磁式加热装置。

所述电蓄热锅炉采用固体蓄热装置。

所述固体蓄热装置包括但不限于高镁砖、高铝砖。

所述飞轮电池包括高压飞轮电池，电压范围为1KV-10KV。

所述飞轮电池包括电池壳体、电机主轴、蓄能飞轮、转子、定子、磁悬浮轴承和真空泵部件。

由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统，该系统应用于火电厂机组深度调峰和调频场合，通过主控制终端对控制器a、控制器b、控制器c的智能控制，分别控制电极直热控制单元实现无极调峰和快速将蒸汽供给热网加热器供暖或直接提供高品质蒸汽给热用户端过程，为不可逆能源转化过程；控制电蓄热控制单元实现深度调峰和将多余的谷电转换成热能储存用于白天供给热网加热器供暖或直接提供高品质蒸汽给热用户过程，为不可逆能源转化过程；控制飞轮电池控制单元实现调峰和调频，并将多余的电能储存起来用于电网波峰时段的电能补充，为可逆能源转化过程。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请中记载的一些实施例，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为本实用新型中公开的系统的结构示意图；

图2为本实用新型电极直热控制单元的结构示意图；

图3为本实用新型电蓄热控制单元的结构示意图；

图4为本实用新型飞轮电池控制单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1-图4所示的一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统，运用直热技术、蓄热技术和飞轮电池技术，采用了电极直热锅炉方案，进行电厂调峰的快速响应，达到无极调峰的目的，同时电极加热产生的高品质蒸汽用于供暖或需求蒸汽场合使用；同时采用了电蓄热锅炉方案，进行电厂深度调峰大功率场合的晚间蓄热、白天供热，这样既满足了电网需求流量低时，电能转化为热能储存，又能在需要供暖或热蒸汽时的大容量补充；同时采用飞轮电池储能技术，将一部分多余的电能储存在飞轮电池中，在电网峰值需求电能时再将电能补充给电网供电，达到电能可逆的峰谷调整，此外通过飞轮电池的快速充放电可以达到调频的目的。此方案优化改进了火电厂供热机组深度调峰单一结构，提高了电网消纳风电、光电及核电等新能源的能力，并运用控制系统使整个过程实现上网的智能控制，不仅节约了维护成本，更提高了控制精度。具体该系统包括火电厂发电机组1、发电机2、用于监控国家电网需求状态并控制多维单元的主控制终端3、国家电网14、除氧水装置8、给水泵9、热网均压器15、热网加热器16、热用户端17、电极直热控制单元18、电蓄热控制单元19和飞轮电池控制单元20；所述火电厂发电机组1与发电机2相连接，并发出指令给主控制终端3，分别与电极直热控制单元18、电蓄热控制单元19、飞轮电池控制单元20和国家电网14相连接，软化除氧水装置8、给水泵9、热网均压器15、热网加热器16和热用户端17分别与电极直热控制单元18、电蓄热控制单元19相连接；所述主控制终端3、电厂发电机组1分别与电极直热控制单元18、电蓄热控制单元19和飞轮电池控制单元20相连接实现联动。其中电厂发电机组1和发电机2负责火电机组正常运转发电，并通过接收国家电网14反馈调峰和调频指令给主控制终端3；电极直热控制单元18、电蓄热控制单元19和飞轮电池控制单元20负责消耗机组发出的电能，降低电能上网流量，达到调峰目的，飞轮电池控制单元20通过快速充放电，达到调频目的，电极直热控制单元18和电蓄热控制单元19负责消耗多余的电能，使更多的热量用于供热而不去发电。

进一步的，电极直热控制单元18包括控制器a4，所述控制器a4通过三相交流电与电极锅炉5相连接，所述电极锅炉5进水口与控制阀a21相连通，所述控制阀a21与除氧水装置8、给水泵9相连通，所述电极锅炉5蒸汽出口与热网均压器15或热用户端17相连通，所述均压器15与用于为用户提供热源的热网加热器16相连通，所述控制器a4接收主控制终端3的控制指令和热用户端17的需求指令，控制电极锅炉5的通电加热和控制阀a21流量调整，产生的高品质蒸汽供给热网供暖或供给热用户端直接使用。

进一步的，电蓄热控制单元19包括控制器b6,所述控制器b6通过三相交流电与电蓄热锅炉7相连接，所述电蓄热锅炉7进水口与控制阀b22相连通，所述控制阀b22与除氧水装置8、给水泵9相连通，所述电极锅炉7热水出口与热网均压器15相连通，所述电极锅炉7蒸汽出口与热用户端17相连通，所述均压器15与用于为用户提供热源的热网加热器16相连通，所述控制器b6接收主控制终端3的控制指令，控制蓄热锅炉7的通电蓄热，根据热用户端17的需求指令，调控控制阀b22流量，使储存的热能在热用户端17需求时，迅速供给热网供暖或供给热用户端直接使用。

进一步的，控制阀a21与控制阀b22均与软化除氧水装置8和给水泵9相连通，提供产生蒸汽所必须的软化水和除氧水。

进一步的，飞轮电池控制单元20包括控制器c10、AC滤波器11、AC/DC/AC双向变流器12和飞轮电池13，所述AC滤波器11通过三相交流电与发电机2和国家电网14相连接、另一端与AC/DC/AC双向变流器12相连接，所述AC/DC/AC双向变流器12的另一端与飞轮电池13相连接，所述控制器c10与AC/DC/AC双向变流器12、飞轮电池13通过控制电路相连接，所述控制器c10接收主控制终端3的控制指令，控制AC/DC/AC双向变流器12，使电能通过AC滤波器11过滤杂波后经过AC/DC/AC双向变流器12实现由三相电转化成单相电再转化为与飞轮电池13反馈给控制器c10频率相同的三相电，将电能储存起来，此过程为可逆过程，所以可以实现随时快速充放电。其特点包括快速充放电、能源变化为可逆过程、充放电通过控制系统实现、随时根据电网的峰谷变化做出调整，实现调峰和调频目的。

进一步的，主控制终端3接到调峰和调频指令，首先根据热用户端17的需求情况调配电极直热控制单元18和电蓄热控制单元19消耗电能产生热能，满足热用户对热水或蒸汽的需求，达到调峰目的，同时会通过对飞轮电池控制单元20的调控，将多余的电能储存起来，在电能需求时释放出来，可调峰值范围进一步增加，达到深度调峰的目的，同时飞轮电池的快速充放电可实现调频功能。在此过程中，国家电网给控制系统指令需要控制系统控制机组可以上网的电量，也就是调峰，调峰是指电网的波峰、波谷的意思，所有发电场合都上网，但是由于用户需求少而用不了那么多的电，就需要调峰，控制一部分上网电量使其不上网，通过主控制终端3、电极直热控制单元18、电蓄热控制单元19和飞轮电池控制单元20进行系统控制，最终实现深度调峰目的，同样的飞轮电池控制单元20可以使载波频率按照调制信号发生改变，也叫调频。通过上述技术方案本实用新型公开的系统将电极直热控制单元18、电蓄热控制单元19和飞轮电池控制单元20之间实时进行联动控制，不仅可以达到供热机组蓄热供热目的，而且实现了任意时间的无极调峰和深度调峰，同时实现了调频功能，显著提升热电机组的上网调峰能力，并有效缓解可再生能源的消纳困境，实现了良好的经济效益。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统，其特征在于包括：火电厂发电机组(1)，所述火电厂发电机组(1)将控制指令传送至主控制终端(3)，所述主控制终端(3)将控制指令传送至电极直热控制单元(18)、电蓄热控制单元(19)和飞轮电池控制单元(20)；

所述电极直热控制单元(18)包括控制器a(4)，所述控制器a(4)通过三相交流电与电极锅炉(5)相连接，所述电极锅炉(5)的进水口与控制阀a(21)相连通，所述控制阀a(21)与除氧水装置(8)相连通，所述除氧水装置(8)与水泵(9)相连通，所述电极锅炉(5)的蒸汽出口端与热网均压器(15)和热用户端(17)相连通，所述均压器(15)与用于为用户提供热源的热网加热器(16)相连通；

所述电蓄热控制单元(19)包括控制器b(6)，所述控制器b(6)通过三相交流电与电蓄热锅炉(7)相连接，所述电蓄热锅炉(7)的进水口与控制阀b(22)相连通，所述控制阀b(22)与除氧水装置(8)相连通，所述除氧水装置(8)与水泵(9)相连通，所述电极锅炉(5)的热水出口端与热网均压器(15)相连通，所述电极锅炉(5)的蒸汽出口与热用户端(17)相连通，所述均压器(15)与用于为用户提供热源的热网加热器(16)相连通；

所述飞轮电池控制单元(20)包括控制器c(10)、AC滤波器(11)、AC/DC/AC双向变流器(12)和飞轮电池(13)，所述控制器c(10)的输出端与AC/DC/AC双向变流器(12)相连接，所述AC滤波器(11)的一端通过三相交流电与发电机(2)和国家电网(14)相连接，所述AC滤波器(11)的另一端与AC/DC/AC双向变流器(12)相连接，所述AC/DC/AC双向变流器(12)的另一端与飞轮电池(13)相连接；

所述主控制终端(3)接收到电厂调度指令信息调节控制器a(4)、控制器b(6)和控制器c(10)的工作过程，其中控制器a(4)对电极直热控制单元(18)进行无极调峰控制，将蒸汽供给热网加热器(16)供暖或直接提供给热用户端(17)；其中控制器b(6)对电蓄热控制单元(19)进行深度调峰控制、将夜间多余的电能存储用于白天供给热网加热器(16)供暖或直接提供至热用户端(17)；其中控制器c(10)对飞轮电池控制单元(20)进行调峰和调频控制、将多余电能储存用于电网波峰时段的电能补充。

2.根据权利要求1所述的一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统，其特征还在于：所述电极锅炉(5)包括高压电极锅炉，其中高压电极锅炉的电压范围为6KV-66KV。

3.根据权利要求1所述的一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统，其特征还在于：所述电蓄热锅炉(7)采用电阻式加热装置和电磁式加热装置。

4.根据权利要求3所述的一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统，其特征还在于：所述电蓄热锅炉(7)采用固体蓄热装置。

5.根据权利要求4所述的一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统，其特征还在于：所述固体蓄热装置包括高镁砖和高铝砖。

6.根据权利要求1所述的一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统，其特征还在于：所述飞轮电池(13)包括高压飞轮电池，其中高压飞轮电池的电压范围为1KV-10KV。

7.根据权利要求1所述的一种利用飞轮电池多维同步参与火电厂深度调峰和调频系统，其特征还在于：所述飞轮电池(13)包括电池壳体、电机主轴、蓄能飞轮、转子、定子、磁悬浮轴承和真空泵部件。