带有中间直流电压的能量储存模块的制作方法
【专利说明】带有中间直流电压的能量储存模块发明领域
[0001]本发明涉及一种带有直流电压中间电路的能量储存模块以及一种控制上述能量储存模块的控制方法。
【背景技术】
[0002]运作一个电力供应系统的能量是由多种不同类型的发电机供应的。大部分发电机，比如，核电站，煤电站，天然气发电站，风力发电站，生物发电站和太阳能发电站，都是对非本地电力供应系统输送电力。非本地电力供应系统就是传输网络，比如，在德国，由AMpr1n, 50Hertz，Tennet以及TRANSNETZEnBW。这些传输网络是欧洲网络的一部分。作为单纯性的发电装置，在可能的情况下，前面提到的电站无法从电力供应系统中吸收和储存任何过量的电源。
[0003]然而，电力储存设备可以用于向电力供应系统吸收和发送电能。电力储存设备，例如中心电力储存设备，比如抽水蓄能电站或者非核心电力储存设备，如电池组或飞轮储存设备，例如，抽水蓄能电站是一种电力储存设备，很大程度收到天气的影响，因此仅仅是在理论上是可用的。
[0004]中心电力储存设备总体来说是设计用于大容量的。为了给非本地电力供应系统供电，他们适用于因一个可用的输出关联到在非本地电力供应系统。因为整体尺寸的关系，水电站可以设置100兆瓦甚至更多的输出，而发电机，大多设计用来在满载情况下发电，因此，可以使用其水电站全部输出效率。这个操作模式并不适用于稳定或提升电力需求，相反，比起水电站的发电性能来说略有不足。
[0005]集中使用的电池储能系统是在实现一个引导操作网格稳定任务的目的的。他们一直处于计划中，但是，并不满足任何本地化任务。然而，由于他们与输出之间的内在联系，能量和板块，电池是，原则上，不能适用于这些带有每天很大负载周期和在系统错误，温度过高以及操作失误时的应用时快速衰退的应用。因此，电池是需要频繁维护的。他们具有很高的燃烧和华为风险，电池也是一个对环境和水的威胁，需要大量的保护工作。
[0006]理论上，分散化电池是明知的选择，尤其对于本地电力需要的稳定性来说。并且，不是设计或需要用于控制电力去支持一个非本地电力供应系统。这样的发电站不能控制去满足全部的电力供应系统的需求，一个形成非本地和本地电站的分散化电池的桥梁目前不存在。
[0007]因此，急需一种有效的电力储存设备。对环境友好，易于操控并且具有一个大容量，并且能够起到提升本地输电网数量以及为非本地电力供应系统提供一个有保障的，在需要时，发出一个实质性的命令可以同时实现上述两种目的。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是产生一种电力储备装置，它是高效的，环境安全的，并可以被轻易的控制，包含较大容量，能够使同时获得本地输电网质量以及非本地电力供应系统供应保障的提升成为了可能，并因而可以作为能量存储系统来运行，并能有效的实现上述两种目的。
[0009]此任务的解决方法是通过一个电力储备模块以机械旋转能的形式可逆的储存电能，包括多个飞轮储能单元，至少一个控制系统以及至少一个模块控制单元，其中飞轮储能单元通过一个公共的直流电压中间电路进行并联的电连接，控制系统是通过单独的输出侧连接到直流电压中间电路，并通过单独的输出侧，连接至少一个外部的输电网络，，其中模块控制单元用于向飞轮储能单元传输适当的预设的扭矩来释放电力至直流电压中间电路和从直流电压中间电路吸收电力，并且，至少一个控制系统是设计成用来控制直流电压中间电路的直流电压，以至于当电能向一个输电网络或系统输出以及当电能从输电网络和系统输入时，直流电压可以在一个高的门限值和一个低的门限值之间，保持基本稳定。
[0010]通过使用飞轮储能单元，电能被储存在一个机械旋转能中，这个形式的能量储备并不要求任何机械或可燃物质。所以，这种储能装置不会对环境的水造成任何的危险。由于飞轮储能单元是用过一个直流电压中间电路来连接电能的，因此一个常规的模块储能能量和一个常见的用于储能装置的电能输出模块都可以从独立的储能电源和单独的飞轮输出单元添加到一个简单的装置中。理论上，任何飞轮储能单元又可以通过直流电压中间电路来接入，模块容量和模块输出可以满足需要，理论上，可以按任何比例缩小。一个大容量的电力储存装置，提升本地的输电量(比如直流网络)，使它有可能满足非本地电力供应系统的要求。通过在常规的直流电压中间电路中使用直流电压，有关控制的问题变得迎刃而解，例如同步，就变得没有必要了。相比使用几个小的电力供应换流器，仅仅使用一个大的电力供应换流器作为控制系统同样会让电力损失更小，例如，所有的飞轮储能单元都分别通过他满各自的换流器连接到一个电力供应网络上。也就是说，相对于使用多个小的电力供应换流器，使用仅仅一个大的电力供应换流器，是更富效率的。
[0011]发明描述的储能模块作为电力储蓄装置可以实现两种目的。储能模块可以被进一步的有效操控，因为供电模块和输出模块可以通过飞轮储能单元的数量来用于不同的需求，它被连接到直流电压中间电路，由于未使用的外部的电量可以因此而被拒收。直流电压中间电路到一个中心直流电压的控制可以被轻易实现，简化了电力储存单元的整体控制环节。另外，一个错误冗余，阻止了，由于飞轮储能单元的故障，储能模块控制以及系统任务的可用性是非常繁重的，在连接的电力储存系统中更多是通过飞轮储能单元电子通道排序的。理论上的直流电压依赖于相连的电力供应系统并且，经常组合应用于储能模块中。当接入一个抵押系统时，直流电压中间电路的一个技术敏感的区域在500V到1000V之间。更低的极限低压系统的低压水平来最终确定，而上限，是由所使用的储能模块的技术特征最终确定。出于技术和经济原因，理论上的直流电压的中间电压系统或带有中间电路的直流电压系统也可以有其他的价值，朝向着这些系统的电压水平。在一个示范性的实施例中，直流电压中间电路的电压在750V±5V以内。
[0012]根据发明所表述的储能模块，可以被用于本地的任意位置，可以快速反应且错误率低。
[0013]储能模块因此被设计用于连接一个外部的电力网络中，比如本地或非本地的系统，响应一个适合的，具体的控制系统，当然，也可以通过一个控制系统来响应一个或多个本地的或非本地的系统。电能输送如外部的电力网络或系统时，或从这些系统中吸收电能时，也可以是特殊的控制模块控制的特殊扭矩的系统。
[0014]这些特定扭矩是基于控制和系统任务的。控制和系统任务是分为本地控制和系统任务以及非本地控制和非本地系统任务。为了执行非本地和本地的控制和系统任务，储能模块可以被直接链接到一个非本地的电力供应系统以及一个或多个本地的电力供应系统，或者也可以通过一个本地电力供应系统直接连接到一个非本地的电力供应系统，当然，本地电力系统本身是要连接到一个非本地的电力供应系统上的。
[0015]根据发明或者飞轮储存单元，储能模块并不是一个当主要的电力供应中断时输出电力的紧急的电力供应装置。然而，控制连接电力供应装置的电能时从连接的电力供应系统中吸收或电能被补充到这些系统中。在发明中，储能模块通过飞轮储能单元的操作方式并不受到时间间隔的限制，这在不同的系统当中是不存在的，但是被设计用于一个持续的本地输电网络以及为非本地电力供应系统进行供电。尤其是，如果中间电路电压下降到一个固定值，飞轮储能单元发送电能给直流电压供应中间电路进行供电。当连接的电力供应系统仍然连接到所有的重要的供电系统。
[0016]模块控制单元使能量储存模块去执行本地或非本地电力供应系统的不同的控制和系统任务成为可能，这些是分开连接的，如果需要，也可以推动本地电力供应网络和非本地电力供应网络的一个关联的进步。本地控制和系统任务，比如，线电压的确保工作，通过控制频率和电压相位来对闲置的电力进行补偿，为大型耗电用户进行的本地电力保留，那些可能会假如或开启本地电力储备的。非本地控制和系统任务，参照本地控制和系统任务，例如，主要或次要的控制电源的任务。控制电源确保了电力供应系统在不可预见的情况下的系统的稳定。出于该目的，电源适配器可以被拿出来短暂查看，如果可控电站和快速启动电站或者储能装置，比如根据本发明所述的电力储备模块，是可用的。如果电力故障，非本地的控制和系统任务也是可以修复的，比如非本地电力供应系统的峰值的和闲置时。更多本地和非本地的控制系统是富余的，在电力供应和能量供应商，这些已经是存在了，以及一个限制的管理。
[0017]非本地电力供应系统向直流输电网供电，直流供电网延伸到一个非常广阔的区域，其中，非本地控制和系统任务呗完成。非本地电力供应系统是电力或分支网络，例如(公共电力供应系统)。公共电力供应系统在德国是由3个传输网络组成，由AMpr1n, 50Hertz，Tennet以及TRANSNETZEnBW。这四个电力网络一起组成了德国的电力供应网。这包含了地区的分支网络。在其他国家，联合传输网络被其他的系统控制器控制。这个电力供应系统的频率被保持稳定(频率控制)。更高的欧洲供电网络在各国同样被视为是非本地电力供应网络，然而，只有控制电量的标准被确定。非本地控制和系统任务在各自的电力供应系统中被完成。例如，一个直流输电网，其前述本地控制盒系统任务完成了，同样被定义为发明中的本地电力供应系统。原则上，本地电力供应系统是有限的，例如，一个室内的电力供应系统在一个工业生产设备或一个有一个屋子或一些建筑的电力供应系统。
[0018]控制系统控制着电流在一个活更多连接的电压系统中的流动，以及能量储存模块中的飞轮储能单元。控制系统因此控制着中间电路的直流电压，恒定于一个直流电压，例如750Vo
[0019]“基本恒定”的意思是直流电压可以在一个很小的范围内浮动，比如±5V。一个控制系统常常控制着这样的中间电路的直流电压在一个理想的范围。当然，波动的幅度往往比前面提到的要大。控制系统掌握着这样的控制，使用外部的输电网络或者外部的输电网络，取决于电流方向，是一个不枯竭的现有资源(向飞轮储能模块充电)或者因直流电压中间电流外部干涸。出于此目的，合适的控制系统组成I个或更多的电力供应逆变器或步进
/步退逆变器。
[0020]如果本地或非本地电力供应系统是仅仅是以一个常规方式连接在能量储存模块上，那么由能量储存模块供应的电能只可以被输送到有大的需电量的外部电力供应系统中。然而，本地和非本地控制盒系统任务肯呢过不再根据任务分配以一个直接的方式被执行。控制系统以模块控制单元提供的方式控制电能流向所连接的外部输电网。在一个具体的实施例中，控制系统同样由能量储存模块提供的方式来连接一个活多个所连接的外部输电网