专利名称：电储能、电力调峰运行方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种电储能、电力调峰运行方法及装置，涉及电网错峰调节的兆 瓦级电力电子变换技术，是用于改善电网负荷能力的装置。
背景技术：
目前， 一般发电厂发出的电不能大量存储，即发即用，而电网的使用存在
高峰和低谷期。深夜是用电的谷期，用电量少，剩余电多，造成电能的浪费； 白天和前夜是用电高峰期，使得电能不足，特别是用电紧张时期，就会产生区 域限电使用，给生产、生活带来不便。现有的储能调峰技术有抽水储能、储热 储冷、飞轮储能、压縮空气储能等技术。
一抽水储能抽水储能电站在应用时必须配备上、下游两个水库。在负荷 低谷时段，抽水储能设备工作在电动机状态，将下游水库的水抽到上游水库保 存。在负荷高峰时，抽水储能设备工作于发电机状态，利用储存在上游水库中 的水发电。但抽水储能发电站投资大，建设周期长，占地面积大，效能低，必 须有水利资源等缺点。
二热储冷储能热电联产企业在用电低峰期将多于电力转化为热能加于储 存，在用电高峰期利用储存的热能发电，达到调节作用。 一些电制冷企业利用 用电低峰期富余电力制冷，在用电高峰期利用储存的冷源制冷，减少在用电高 峰期的用电。
三飞轮储能在谷值负荷时，将多余电力输入电机，使其驱动飞轮加速， 此后飞轮保持在高速下转动，到出现峰值负荷时，让飞轮驱动电机作为发电机 运行，使飞轮的动能变成电能供给电网。该技术是属于新技术领域，其面临的 最大瓶颈是要采用磁浮轴承、高强度材料，使得价格非常昂贵。
四压縮空气储能该方式应用在调峰用燃气轮机发电厂中。当电厂有剩余 电时，利用剩余电将空气压縮后存储能量；当电能不足时，将储存的能量释放，以上技术是机械物理储能技术， 一般用户不能直接使用。这些技术一般应用 在不同的发电厂中，投资大、建设周期长、必须有特定的资源(例如水)等缺
点，且能量转换效率偏低， 一般在40% 70%之间。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用电力电子技术来实现的电储能、电力调峰运 行方法及装置，该装置不仅可实现电网错峰调节，平滑电网负荷，而且还可以 节约能源，提高电网运行效率，与传统的储能错峰调节方式相比较，本效率高 达80%，是一种新型绿色节能装置。
本发明的目的是这样实现的 一种电储能、电力调峰运行方法及装置，它包 括兆瓦级双向变换器、大容量的储能单元和监控单元。电网谷电时段，用户用 电量少，电网负荷轻，此时电网将大容量储能单元作为负载，给其充电，储能 单元存储该时段电能，增加电网负荷；电网峰电时段，是用电高峰期，电网负 荷急剧增大，此时大容量储能单元作为附加电源与电网共同给负载供电，减轻 电网负荷。如此本发明就可实现将谷电时段存储的电能用于峰电时段，充分利 用谷电时段电能，提高电网的运行效率，缓解峰电时段供电的紧张，依据装机 容量大小不同，电网负荷调节量可以达到5%—40%，实现电网错峰用电，平滑 电网负荷。
该发明的工作原理是这样的如图1所示，监控单元将市电和电池采样信号 送微处理器处理，产生n路驱动信号，该n路驱动信号送给兆瓦级双向变换器， 控制变换器的工作模式；当电网谷电时段，监控单元产生的n路P西信号控制 变换器工作，使其处于充电状态，将交流电转变为直流电，给储能单元充电； 当电网峰电时段，监控单元产生的n路P醫信号控制变换器工作，使其处于逆变状态，变换器将储能单元直流电能转变为交流电，对电网进行放电。小规模 应用时，本装置直接并接在电网侧，与电网一同给负载供电，见附图5;大规模 应用时本装置通过变电装置与城市电网并联，见附图6。由于兆瓦级双向变换器 是直接并网型的，因此可实现局部区域多机并联扩容，也可以实现多用户、宽 区域的多机并联，形成宽区域分布式多机并网，大幅度提高电网运行效率，节 约能源。
图l为本发明装置结构框图2为双向变换器功率变换模块(方式一)；
图3为双向变换器功率变换模块(方式二)；
图4为双向变换器功率变换模块(方式三)；
图5为适用低压电网多台装置并联扩容示意图6为适用高压电网多台装置并联扩容示意图7为宽区域分布式多机并网示意图。
具体实施例方式
图l所示是本发明的结构框图，本装置是由兆瓦级双向变换器、大容量储能 单元和监控单元三部分组成。其中监控单元主要由采样电路和微处理器构成， 兆瓦级双向变换器由驱动模块和功率变换模块构成。采样电路接收来自市电和 电池的检测信号后，将数据送微处理器处理，微处理器根据接收的数据产生相 应的控制信号来控制变换器的工作状态，使得变换器工作状态随电网负荷和时 段的变化而变换，实现储能单元的充放电，电网的错峰调节和谷电电能的有效 利用。
图1所示的兆瓦级双向变换器的功率变换模块可有多种的实现方式，见图2 4,在实际应用中可根据不同的需求采取不同的方式来实现。图2是双向变换器 功率变换模块(方式一)，它由3组半桥臂(Q1 Q6)、上下两组直流电容组(Cl、 C2)、和三组LC滤波电路组成，当变换器处充电状态时，此时3组半桥臂作为 整流桥使用，三相交流电经LC滤波后，通过整流桥整流，再经上下两组直流电 容滤波给电池充电；当变换器处于逆变状态时，此时3组半桥臂作为逆变桥使 用，直流电经逆变桥逆变后，通过LC滤波直接并网，这种方式转换效率高。图 3是双向变换器功率变换模块(方式二)，它由3组全桥臂(Q1 Q12)、 一组直 流电容组(Cl)、三组LC滤波电路和隔离变压器(T1 T3)组成，该方式的工 作原理与方式一基本相同，不同的是该方式采用3组的全桥臂，Tl、 T2、 T3可 以是单个三相变压器，也可以是三个独立变压器，与第一种方式相比较转换效 率较低些，但交直流具备电气隔离，安全性能高。图4是双向变换器功率变换 模块(方式三)，它由3组半桥臂(Q1 Q6)、 一组直流电容组(Cl)、三个交流 电容(C2 C4)、和隔离变压器(Tl)组成，该方式与第二种方式一样都属于隔 离式双向变换器，不同的是较第二种方式，该方式采用采用的是3组半桥臂， 电路结构比较简单。
图1的大容量储能单元是用于电力调峰的，需要很大的储能容量。目前的储 能方式有化学储能和电磁场储能等。化学储能就是采用可充电电池储能，常见 的有铅酸电池，其典型功率额定值可达lkW 50MW;还有锌溴电池、全钒电池、 钠硫电池等液流电池和由这些电池派生的密闭式蓄电池以及一种基于薄液层氧 化还原偶的超级电容器技术开发的液相电池，NaS， Li电池等，其典型功率额定 值可达千瓦至兆瓦级。电磁场储能是真正意义上的储存电能，是新技术领域， 它分为电场储能和磁场储能。磁场储能目前看好是超导磁储能(SMES)，电场储 能主要是超级电容器储能，采用高介电常数、大表面积、强耐压能力的超级电容器，功率最大可达兆瓦级，只是目前额定容量值偏低，但随着技术的发展， 该缺陷还是可突破的。
图5为适用低压电网多台装置并联扩容示意图。本装置是直接并网型，并联 的多台装置之间不会互相影响，容易实现功率扩容。假设一台装置功率为1MW, 而用户所需功率10MW,则n=10。由于本装置是将谷电期的电存储后用于峰电 期，使得生产不受用电的限制，而且谷电期电价比较便宜，据数据统计， 一个 工厂的电费大概可节约40% 50%，从而产生明显的企业经济效益和节能减排 社会效果。
图7为宽区域分布式多机并网示意图。通过该方式，可组成大容量的电网调 节系统。以一工业区为例，该工业区有100家工厂，平均每个工厂用电容量l丽， 当每个工厂在电网侧安装0.5MW本装置，这样该工业区组成的电网调峰系统为 50MW,相当于50%的调节容量，可大幅度缓解峰电用电的紧张程度，提高电网运 行效率，节约能源。
本装置在市电网络发生灾难性停电时，可以实现局部区域用户重要用电设备 在短时间内的应急供电，起到减灾、防灾的作用，对通信企业、医院、化工企 业、公众场所、军事目标、救灾指挥系统等起到一定的应急保障作用。
权利要求
1、一种电储能、电力调峰运行方法，它是采用电力电子技术来实现的，由兆瓦级双向变换器、大容量储能单元、监控单元三部分组成；监控单元将市电和电池采样信号送微处理器处理，产生n路驱动信号，该n路驱动信号送给兆瓦级双向变换器，控制变换器的工作模式；当电网谷电时段，监控单元产生的n路PWM信号控制变换器工作，使其处于充电状态，将交流电转变为直流电，给储能单元充电；当电网峰电时段，监控单元产生的n路PWM信号控制变换器工作，使其处于逆变状态，变换器将储能单元直流电能转变为交流电，对电网进行放电。
2、 根据权利要求l所述的一种电储能、电力调峰运行方法，其特征在于可 进行区域分布式并网，组成大容量的电网负荷调节系统。
3、 一种电储能、电力调峰运行装置，它是采用电力电子技术来实现的，由 兆瓦级双向变换器、大容量储能单元、监控单元三部分组成；兆瓦级双向变换 器接入市电电网和大容量储能单元，监控单元接入电网及大容量储能单元，采 集电网及大容量储能单元数据，监控单元控制信号输入至兆瓦级双向变换器。
4、 根据权利要求3所述的一种电储能、电力调峰运行装置，其特征在于 双向变换器是应用电力电子变换技术实现的，其功率是兆瓦等级的；该变换器 的功率模块采用IGBT模块。
5、 根据权利要求3所述的一种电储能、电力调峰运行装置，其特征在于 所述的储能单元是大容量储能单元，大容量储能单元主要采用蓄电池和超级电 容来实现，或采用液相电池或液流电池来实现。
6、 根据权利要求3所述的一种电储能、电力调峰运行装置，可直接多组装 置并联，实现储能和调峰的功率扩容。
7、 根据权利要求3所述的一种电储能、电力调峰运行装置，可进行区域分 布式并网，组成大容量的电网负荷调节系统。
全文摘要
本发明针对电网峰谷时段供电能力的不同，提出一种采用电力电子技术来实现的电储能、电力调峰运行方法及装置。本装置将电网谷电时段电能存储，然后在峰电时段释放已存储的电能，给负载供电，改善电网的负荷能力，提高电网运行效率。本发明可将多套装置直接并联，实现功率扩容，满足用户需求；同时还可进行区域分布式并网，组成大容量的电网负荷调节系统。
文档编号H02J3/28GK101447677SQ200810071758
公开日2009年6月3日 申请日期2008年9月9日 优先权日2008年9月9日
发明者沈小娟, 陈建平, 陈赐松 申请人:厦门科华恒盛股份有限公司;漳州科华技术有限责任公司