CN216894709U - 一种用于水力发电系统的联储装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于水力发电系统的联储装置，该联储装置与水力发电系统中的水力发电装置并联连接，所述水力发电装置与电网连接，所述联储装置包括至少一个直流组网单元，所述直流组网单元包括发电模组、储能模组和双向逆变阵列，所述发电模组和储能模组并联，并汇流在直流母排上，所述双向逆变阵列的一端与直流母排连接，另一端与电网连接。通过本实用新型的直流组网单元和水力发电装置进行管理联动，整个控制难度大幅减小；再者，通过储能模组直接和发电模组并联，并汇流在直流母排上，形成直流局域网，通过电力电子双向逆变阵列进行调峰、调频，提高水能利用率，解决调控难度大的问题。

Description

一种用于水力发电系统的联储装置

技术领域

本实用新型涉及水力发电系统技术领域，具体涉及到一种用于水力发电系统的联储装置。

背景技术

水力发电是再生能源，对环境冲击较小，发电效率高达90％以上，发电成本低，发电启动快，数分钟内可以完成发电，调节容易，单位输出电力之成本低。除可提供廉价电力外，还有下列之优点:控制洪水泛滥、提供灌溉用水、改善河流航运，有关工程同时改善该地区的交通、电力供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。

对于传统的交流发电体系的水力发电系统而言，其建设完成并运行的存量系统需要巨大的投资，对系统进行大规模的直流组网改造并不现实，但是，现有的水力发电系统存在难以调控，并且在一定范围内还存在水能利用率低及弃水问题。

随着智能电网建设的不断深入,在如何大幅优化现有水力发电系统的调控能力，及解决一定范围内水能利用率低的问题及弃水问题，对于本领域技术人员来说一直是个技术难题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种用于水力发电系统的联储装置，以解决现有技术中水力发电系统难以调控，水能利用率低的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于水力发电系统的联储装置，该联储装置与水力发电系统中的水力发电装置并联连接，所述水力发电装置与电网连接，所述联储装置包括至少一个直流组网单元，所述直流组网单元包括发电模组、储能模组和双向逆变阵列，所述发电模组和所述储能模组并联，并汇流在直流母排上，所述双向逆变阵列的一端与所述直流母排连接，另一端与电网连接。

在优选的实施例中，所述双向逆变阵列包括若干个逆变单元，各个所述逆变单元并联连接。

在优选的实施例中，所述逆变单元包括逆变器和变压器，所述逆变器与所述变压器串联连接，所述逆变器与所述直流母排连接，所述变压器与所述电网连接。

在优选的实施例中，所述发电模组输出的电流为直流电，所述储能模块的电压小于所述直流电电压。

在优选的实施例中，所述发电模组为多个风能发电模块和/或多个光伏发电模块。

在优选的实施例中，所述风能发电模块包括旋转叶轮、与所述旋转叶轮连接的发电机和整流装置，所述发电机输出的交流电通过所述整流装置整流成直流电，汇流在所述直流母排上。

在优选的实施例中，所述整流装置包括整流器、直流转压模块和功率限制模块；所述整流器的输入端与所述发电机的输出端连接，所述整流器的输出端与所述直流转压模块的前端连接，所述直流转压模块的后端连接在所述功率限制模块上。

在优选的实施例中，所述光伏发电模块包括光伏板本体，所述光伏板本体发出的直流电汇流在所述直流母排上。

在优选的实施例中，所述储能模组为多个并联的电池组。

在优选的实施例中，所述电池组包括多个电池，多个所述电池串联连接。

本实用新型的有益效果：

1、通过对本实用新型的直流组网单元和水力发电装置进行管理联动，整个控制难度大幅减小，提高了水能利用率，不仅可以助力水力发电装置的稳定，同时在防洪救灾、汛期泄洪的工作中，也能起到积极的作用。

再者，在水力发电系统中，传统水轮机组驱动发电机组正常发电，并实时交流上网，通过储能模组直接和发电模组并联，并汇流在直流母排上，形成直流局域网进行储能调峰，通过电力电子双向逆变阵列进行调峰、调频。另外，发电模组电源直流化，并将储能模组直接接入直流网，不做任何功率转换，充分利用直流电的自身特性构建一种多源平衡态，将各种随机电源通过双向稳定输出，提升系统稳定性及提高了水能利用率，解决调控难度大的问题。

2、通过储能模块的电压低于发电模组发出的直流电电压，利用直流电高压优先的自身特性来实现“先源后储”的天然源网架构，通过预测性调度，将所有的随机电源转化为优质电源，提高系统的可控性和安全性。

3、通过风能发电模块、光伏发电模块互补的方式独立成源，除了在配网直接应用之外，还具有超大功率的调频调峰能力；当大网波动或者大网上网指令下达后，根据现有的水流状况可快速调度电力资源，应对上网指令。在这个过程中，水利调峰时间虽然快，但依然需要十几二十分钟的时间，但对于电力电子双向逆变阵列，其响应时间是秒级的，也就是说利用储能站已有的电量通过适度的功率调整瞬间完成调频要求，同时为水利调峰争取更多的时间，当水轮机调整完毕后，就可以有效的、快速的、高效率的完成调峰要求，进而提高了水能利用率，解决调控难度大的问题。

附图说明

以下附图是用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，且仅旨在于对本实用新型做示意性的解释和说明，并非用以限制本实用新型的范围。在附图中：

图1为本申请一实施例中的水力发电系统的结构示意图；

图2为本申请另一实施例中的发电模块为风能发电模块的直流组网单元结构示意图；

图3为本申请另一实施例中的发电模块为光伏能发电模块的直流组网单元结构示意图；

图4为本申请另一实施例中的发电模块为风能发电模块和光伏发电模块的直流组网单元结构示意图；

图5为本申请另一实施例中的风能发电模块结构示意图；

图6为本申请另一实施例中的光伏发电模块结构示意图；

图7为本申请另一实施例中的储能模组结构示意图。

附图标记：

10、水力发电装置；11、水轮机输出轴；12、传统发电机组；13、第一升压变压器；20、直流组网单元；21、发电模组；22、储能模组； 23、双向逆变阵列；231第二升压变压器；232、逆变器；24、直流母排；3、电网；101、旋转叶轮；102、光伏板本体；103、风力发电机；104、整流装置；105、整流器；106、直流转压模块；107、功率限制模块；108、控制模块；109、采集模块；111、第一采集通道； 112、第二采集通道；221、电池组；2211、电池。

具体实施方式

下面将以图式揭露本申请的多个实施方式，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，构成本申请的一部分说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及说明是用来解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，在此一并说明，使用的“第一”、“第二”“第三”“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。此外，在本公开各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”一般理解为电连接，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以互相结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求保护的范围之内。

实施例一

请参阅图1，本实施例提供了一种用于水力发电系统的联储装置，该联储装置与水力发电系统中的水力发电装置10并联连接，该水力发电装置10与电网3连接，即是说水力发电装置10中的水轮输出轴 11带动传统发电机12所发出的交流电经第一升压变压器13升压后输入电网。其中，结合图2至图4所示，本实施例中的联储装置包括至少一个直流组网单元20，该直流组网单元20包括发电模组21、储能模组22和双向逆变阵列，发电模组21和储能模组22并联，并汇流在直流母排24上，双向逆变阵列的一端与直流母排21连接，另一端与电网3连接。

需要说明的是，本实施例中的发电模组21发出的为直流电，使发电模组电源直流化，并与储能模组并联连接直接接入直流网，不做任何功率转换，充分利用直流电的自身特性构建一种多源平衡态，将各种随机电源通过双向稳定输出，提升系统稳定性，解决调控难度大的问题。具体地，根据电网并网的电量需求量的变化，直流组网单元和水力发电装置并联连接，在并网EMS能量管理系统的控制下，二者进行管理联动，整个控制难度大幅减小，不仅可以助力水力发电装置的稳定，同时在防洪救灾、汛期泄洪的工作中，也能起到积极的作用。进一步地说，在水力发电系统中，传统水轮机组驱动发电机组正常发电，并实时交流上网，通过储能模组直接和发电模组并联，并汇流在直流母排上，形成直流局域网进行储能调峰，通过电力电子双向逆变阵列进行调峰、调频，充分利用水能资源，提高了能量利用率。

作为一种优选的实施方式，图1至图4所示，本实施例中的双向逆变阵列包括若干个逆变单元23，各个逆变单元并联连接。进一步地，本实施例中的逆变单元23包括逆变器232和第二升压变压器231，二者串联连接，逆变器232与直流母排24连接，变压器231与电网3连接。

需要说明的是，本实施例中的逆变器232为双向并网逆变器，即是说其既可以将直流电变换成交流电，也可以将交流电变换成直流电的逆变器，主要是对储能模组的充电和放电。当水力发电装置发出的交流电大于电网的需求量时，多余的交流电会通过双向逆变阵列向储能模组充电；当电网的需求量大于水力发电装置输出的交流电时，由于储能模块的电压小于直流电电压，利用直流电高压优先的自身特性来实现“先源后储”的天然源网架构，通过预测性调度，将所有的随机电源转化为优质电源，提高系统的可控性和安全性，进而达到提高水能资源充分利用的有益效果。进一步地，通过将发电模组直流化和将储能模组直接汇入直流母排，不经过任何其它的转换，构成多源平衡态。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上，作为进一步优选的实施方式，如图2所示，本实施例中的发电模组优选但不限于为多个风能发电模块212；还可以为多个光伏发电模块211，如图3所示；或为多个风能发电模块212、光伏发电模块211的并联组合，如图4所示；及与其它发电源，如：小火电发电源、小水电发电源等自由的并联组合。

需要说明的是，由于该直流组网单元的发电模组可以为随机性发电源，不用考虑发电源的随机性高带来的问题，故可充分盘活目前被大量遗弃的随机性发电源，包括风能、光能、小水电、小火电，也为存量资产改造提供一定的技术基础，包括已经面临淘汰的传统火力发电系统节能化改造入网，小水电组群入网改造等，能够大大促进未来智能电网的发展。相对于传统的储配电系统省去了功率跟随装置 (MPPT)，降低了实际成本，简化了结构；通过储能模组直接和发电模组并联，实现智能双源或多元输出，充分利用直流电的自身特性构建自适应性平衡系统，将各种随机电源通过双向逆变阵列稳定输出，提升系统稳定性，解决并网工程中成本高、控制难度大的问题。

实施例三

本实施例是在实施例二的基础上，作为进一步优选的实施方式，如图5所示，本实施例中的风能发电模块包括旋转叶轮101、与旋转叶轮101连接的发电机103和整流装置104，其中，发电机103输出的交流电通过整流装置104整流成直流电，汇流在直流母排上。进一步具体地，本实施例中的整流装置104包括整流器105、直流转压模块106和功率限制模块107；整流器105的输入端与发电机103的输出端连接，整流器105的输出端与直流转压模块106的前端连接，直流转压模块106的后端连接在功率限制模块107上。进一步地，本实施例中的直流转压模块106的两端之间并联控制模块108；更进一步地，本实施例中的控制模块108上设置有采集模块109，其中，采集模块109通过第一采集通道110采集发电机103发出的交流电压、电流信息；和/或通过第二采集通道111采集直流转压模块106前端的直流电压、电流信息；和/或通过第三采集通道112采集外部输入的通讯指令。

需要说明的是，本实施例中的直流转压模块106为DC/DC电源转换器，其中，DC为Direct Current的简称，即直流电；DC-DC电源转换器的原理是利用电感和电容等元件作为储能元件完成电压转换功能，作用主要是高效率地实现电压双向逆变和稳定输出。功率限制模块107为功率二极管，使经直流转压模块106实现电压双向逆变和稳定输出后的恒压直流电在正向导通状态时，能通过较大电流，完成较大电流的工作，且不超过发电机的上限，提升转换效率和系统的安全性。

实施例四

本实施例是在实施例二的基础上，作为进一步优选的实施方式，如图6所示，本实施例中的光伏发电模块包括光伏板本体101和输送模组114，光伏板本体101发出的直流电汇流在直流母排上。进一步地，本实施例中的输送模组104包括直流转压模块106和功率限制模块107，通过所述功率限制模块107进行功率限制。更进一步地，本实施例中的直流转压模块106的两端之间并联控制模块108；更进一步地，本实施例中的控制模块108上设置有采集模块109，其中，采集模块109通过通过第一采集通道111采集直流转压模块106前端的直流电压、电流信息和/或通过第二采集通道112采集外部输入的通讯指令。

需要说明的是，通过本实施例的技术方案中的光伏本体经输送模组发出来的直流电，可有效并入直流母排的直流网，通过与其并联的储能模块直接接入直流网，不做任何其他的转换，提升了转换效率和构成一种多源平衡态；充分利用直流电的分流汇流特征，实施动态电力储能混动，有效挖掘每一份能源；其具备比传统的集中式一体化储能电池系统更强的通道过流能力及汇流能力，可以承受反复的高频次的随机性充放电，过程中具有动态自修复能力，寿命足以支持电力系统的寿命要求。

实施例五

本实施例是在实施例一、实施例二、实施例三及实施例四的基础上，作为一种优选的实施方式，如图7所示，本实施例中的储能模组 22为多个并联的电池组221组合而成，进一步地，各个电池组221 由串联连接的电池2211组成。

需要说明的是，本实施例中的电池优选为化学电池，多块电池串联起来组成电池组，多个电池组并联起来形成储能模组，该储能模组是本单位自主研发的基于自由模组的多通道矩阵式电池系统，故在此不做过多赘述，还根据实际情况选择电池类型及电池的数量、连接方式等。储能模组作为配合随机性电源发电接入，实现削峰填谷、负荷补偿，提高电能质量应用的储能电站，必须容易实现多方式组合，满足较大的工作电压和工作电流，保证安全性和可靠性。

上述说明示出并描述了本申请的优选实施方式，但如前对象，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文对象构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于水力发电系统的联储装置，该联储装置与水力发电系统中的水力发电装置并联连接，所述水力发电装置与电网连接，其特征在于，所述联储装置包括至少一个直流组网单元，所述直流组网单元包括发电模组、储能模组和双向逆变阵列，所述发电模组和所述储能模组并联，并汇流在直流母排上，所述双向逆变阵列的一端与所述直流母排连接，另一端与电网连接。

2.如权利要求1所述的一种用于水力发电系统的联储装置，其特征在于，所述双向逆变阵列包括若干个逆变单元，各个所述逆变单元并联连接。

3.如权利要求2所述的一种用于水力发电系统的联储装置，其特征在于，所述逆变单元包括逆变器和变压器，所述逆变器与所述变压器串联连接，所述逆变器与所述直流母排连接，所述变压器与所述电网连接。

4.如权利要求1所述的一种用于水力发电系统的联储装置，其特征在于，所述发电模组输出的电流为直流电，所述储能模组的电压小于所述直流电的电压。

5.如权利要求1所述的一种用于水力发电系统的联储装置，其特征在于，所述发电模组为多个风能发电模块和/或多个光伏发电模块。

6.如权利要求5所述的一种用于水力发电系统的联储装置，其特征在于，所述风能发电模块包括旋转叶轮、与所述旋转叶轮连接的发电机和整流装置，所述发电机输出的交流电通过所述整流装置整流成直流电，汇流在所述直流母排上。

7.如权利要求6所述的一种用于水力发电系统的联储装置，其特征在于，所述整流装置包括整流器、直流转压模块和功率限制模块；所述整流器的输入端与所述发电机的输出端连接，所述整流器的输出端与所述直流转压模块的前端连接，所述直流转压模块的后端连接在所述功率限制模块上。

8.如权利要求5所述的用于水力发电系统的联储装置，其特征在于，所述光伏发电模块包括光伏板本体，所述光伏板本体发出的直流电汇流在所述直流母排上。

9.如权利要求1所述的一种用于水力发电系统的联储装置，其特征在于，所述储能模组包括多个并联的电池组。

10.如权利要求9所述的一种用于水力发电系统的联储装置，其特征在于，所述电池组包括多个电池，多个所述电池串联连接。

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