用于抽水蓄能式功率装置的电气单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及抽水蓄能式功率装置，特别地涉及用于抽水蓄能式功率装置的电气单元，其包括转换器和旋转同步电机，其中同步电机可经由转换器连接到功率网。
【背景技术】
[0002]可再生能量源诸如例如风能和太阳能供应持续增加的比例的我们的电力需求。但是，这些能量源在这个背景下具有不规则操作时间。因此，可能无法确保从这些能量源直接和连续对消耗装置供应电力。为了这个目的，使用能量存储装置，其容许在过量电力和缺少电力之间快速切换，并且其能量流的功率和方向可快速和连续改变。
[0003]不同的系统可在这里用作能量存储装置，所述系统各自特别适于特定量的能量。对于高达大约lOOMWh的小量的能量，使用飞轮能量存储装置或电池存储装置。对于大约lOOMWh至lGWh的中等到大量的能量，压缩空气存储装置特别适合。对于典型地高于lOOMWh和通常高于lGWh的大量的能量，使用抽水蓄能装置。
[0004]抽水蓄能装置或抽水蓄能式功率装置特别被关注，因为可存储大量能量。在这个背景下，当存在过量的电力时，水从第一存储容器抽送到第二存储容器中，第一存储容器为天然或为这个目的而人工产生的，第二存储容器处于较高位置。电能转换成势能。以便恢复电力，水从处于较高位置的存储容器经由涡轮引导回到较低的存储容器中。
[0005]现代抽水蓄能装置具有驱动器，其具有可变旋转速度。因为电机的旋转速度与功率网频率脱开，所以栗速度和涡轮速度可设定成使得它们在最佳效率水平附近操作。在这个背景下，抽水模式中的旋转速度的变化容许自由地调节功率消耗。特别地，具有可变旋转速度的系统可快速地从静止状态连接到功率网，或与其同步。
[0006]根据现有技术的抽水蓄能装置具有异步电机，其具有双馈和功率电子转换器，从而容许调整栗和涡轮的旋转速度。因此，一方面，调整抽水容量，另一方面，在需要时，可增加装置的效率水平。
[0007]在调整栗或涡轮的旋转速度的一个实施例中，使用同步电机，其定子借助于具有可调节频率的三相电流来馈送。这里使用整流器和功率逆变器的组合来实现频率的转换，整流器和功率逆变器经由中间电压电路或功率电路彼此连接。
[0008]当使用经由转换器馈送的这种同步电机时，同步电机的起动扭矩足够，例如，以容许栗脱离静止状态，而不在之前从栗喷出水柱。此外，定子可构造成比在例如双馈异步电机的情况下更小，因为一方面，仅有效功率流动，并且另一方面，没有能量在同步电机内循环。转子的简化设计导致能够同步电机以较高旋转速度和在宽泛旋转速度范围中操作。特别地，在抽水蓄能式功率装置具有高功率和向下流的水具有较大落差的情况下，这是重要的。
[0009]根据现有技术的发明的显著缺点在于，转换器在其连接到功率网上时经历非常高的接通电流。非常高的接通电流由转换器的电池的电容器和蓄能器的充电所导致。这个高接通电流表示在转换器和其构件上的非常高的负载，这最终导致转换器有缺陷或高磨损水平和缩短的服务寿命。在这个背景下，转换器的失效使得需要非常高的维护成本和装置的停机时间。此外，可能的停机时间直接影响电气单元的成本。
[0010]此外，转换器的构件必须构造成使得能够始终承受高接通电流，当安装电气单元时，这导致增加投资成本。
[0011]介于以上内容，本发明基于使抽水蓄能式功率装置制造得更可靠和更成本有效的目标。
【发明内容】
[0012]这个目标借助于根据权利要求1所述的用于抽水蓄能式功率装置的电气单元和根据权利要求8所述的其应用方法实现。另外的有利改进根据从属权利要求而变得显而易见，其中权利要求的回引不排除任何另外的适当的权利要求组合。
[0013]本发明这里提供一种用于栗存储功率装置的电气单元，其中所述电气单元可连接到用于传递电能的功率网，以及连接到供应网。电气单元在这里包括至少一个转换器或频率转换器和旋转同步电机，旋转同步电机用作马达或发电机，这取决于同步电机的操作模式。同步电机例如可机械地连接到涡轮或水涡轮和栗或水栗或可逆的栗涡轮，并且设置在存储容器下方。
[0014]此外，电气单元包括充电单元，其中充电单元具有至少变压器、电阻器或结合开关的特定转换器(软起动器)，并且可一方面连接到供应网，并且另一方面连接到转换器。在这个背景下，充电单元连接到其上的供应网可与转换器连接到其上的功率网相同，或可不同。充电单元在这里用来对转换器的电池的电容器和蓄能器充电，以便防止在转换器连接到功率网上时的高接通电流，并且因此减小转换器和其构件上的负载，以增加转换器的可靠性且因此增加转换器的服务寿命。在转换器的电池充电期间的接通电流受充电单元的变压器限制，并且与转换器的直接连接相比，充电缓慢地进行。如果需要的话，额外的功率电子软起动器可用来进一步限制接通电流。软起动器在这里可包括机械和电子构件，其中，例如，机械构件与滑动离合器类似地起作用，并且电子构件减小电流或电压。
[0015]在一个有利改进中，充电单元可具有变压器，以便在转换器侧处获得交流电压。
[0016]在一个有利改进中，转换器可具有频率转换器和网侧切换元件和电机侧切换元件。频率转换器包括至少两个可电连接的元件，其中，取决于电机的操作，一个元件可相应地用作整流器而一个元件用作功率逆变器。电机侧元件为逆变器单元INU而网侧元件为有源整流器单元ARU。此外，转换器可具有断路器，以连接转换器在网侧处的电势和元件的电机侧输出。
[0017]在另外的有利改进中，电机和充电单元可直接或经由二级线路间接连接到街区变压器，二级线路还称为旁路，其中街区变压器可经由功率开关连接到功率网，并且二级线路具有断路器或功率开关。
[0018]在本发明的一个有利改进中，断路器或发电机开关设置在充电单元和电机之间。
[0019]在本发明的一个有利实施例中，电机可经由励磁器单元连接到供应网，其中励磁器单元具有整流器和变压器。在特别有利的改进中，充电单元和励磁器单元实现为一个集成式单元。
[0020]在另外的有利实施例中，允许转换器实现为模块化多级转换器。此外，用于从供应网供应能量的自行起动(black start)组件可连接到供应网上。因此，即使供应网失效，电气单元也可得到功率，以将同步电机连接到功率网。
[0021]本发明还涉及抽水蓄能式功率装置的系统，其特征在于，系统具有上面描述的电气单元，以及联接到同步电机上的涡轮和/或栗和/或栗涡轮。
[0022]本发明还涉及使用用于抽水蓄能式功率装置的电气单元的方法，电气单元包括旋转同步电机和转换器，其中电机可经由转换器和街区变压器连接到用于传递电能的功率网，以及连接到供应网，并且其中街区变压器可借助于断路器或功率开关与功率网脱开，并且发电机开关设置在充电单元和电机之间。方法包括这里断开功率开关，以便脱开街区变压器与功率网；断开发电机开关，以便脱开电机与转换器;通过闭合充电单元的开关而对转换器的电池充电，电池具有电容器和/或蓄能器，其中通过闭合开关，转换器经由充电单元的变压器连接到供应网；并且闭合发电机开关，以便将电机连接到转换器和/或二级线路。在转换器完全充电之后，充电单元的开关可断开。
[0023]在一个有利实施例中，方法在这个背景下包括:转换器的电池的充电具有第一充电周期，其中转换器的切换元件被切换，使得转换器的电机侧电池完全充电或至少几乎完全充电高达大约90至95%，并且转换器的网侧电池部分地充电，例如高达45至50%。
[0024]在另外的有利实施例中，方法包括转换器的电池的充电具有第二充电周期，其中转换器的切换元件被切换，使得转换器的网侧电池完全充电。
[0025]在特别有利实施例中，方法可选地