用于电网调峰调频的复合储能供电系统的制作方法

本实用新型涉及可再生能源发电领域，特别涉及用于电网调峰调频的复合储能供电系统。

背景技术：

风电、光伏等可再生能源发电具有波动性、随机性、不可调度性等特点，导致其对电网安全稳定运行造成了一定影响，弃风弃光现象也日益突出，严重影响了经济效益。目前，使用传统的火电机组进行调峰调频可在一定程度上稳定该波动，但随着火电占比逐渐降低，可再生能源装机容量不断增大，仅仅使用火电机组将不能满足调峰调频需求，且火电机组参与调频对其本身寿命也会造成很大影响。而大规模储能技术能将多余能量储存起来，并在需要时释放，具有动态响应特性好、寿命长、可靠性高等特点，可改善风电、光伏等可再生能源发电输出品质，解决弃风弃光问题，提高电网经济性。

目前，可用于电网调峰调频的储能技术有抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能及储热等，对于单一的储能方式而言，电化学储能中，电池储能响应速度快，适合于平抑较短时间范围内的快速输出波动，由于电池系统价格昂贵，大容量电池系统运营维护成本更高，不适合用于平抑大范围输出波动。抽水蓄能、压缩空气储能及熔盐储能适合大规模储能，但抽水蓄能对选址要求太高；压缩空气储能的大型和超大型关键设备开发难度较大。储热具有容量大、环境友好、安全性高、选址简单、对电网友好、储能效益明显等优势，而且随着储热容量的增大，储热成本将进一步降低，储热的响应速度与电池储能相比较慢，适合于平抑较长时间范围内的大幅波动。

公开号为cn108173274a，名称为一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统的中国专利文献公开了一种基于抽水蓄能电站和水电站的多元储能调峰调频系统，包括水力发电模块，水力发电模块通过导线分别与主变压器的输入端、变压器三和交流开关装置连接，主变压器的输出端与电网连接，变压器三连接有飞轮储能组模块，交流开关装置连接有变压器四，变压器四连接有电池储能组模块,水力发电模块、飞轮储能组模块和电池储能组模块均与调峰调频协调控制中心连接。该中国专利文献公开的调峰调频系统采用了抽水蓄能，其对选择地址环境要求较高，成本较高，安全性较低，稳定性较差。

因此，有必要对现有的电网调峰调频的储能技术进行改进。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种用于电网调峰调频的复合储能供电系统。

该用于电网调峰调频的复合储能供电系统包括：

可再生能源发电装置；

电池储能装置，所述电池储能装置的第一输入端通过dc/dc转换器与所述可再生能源发电装置的电源输出端连接；

第一dc/ac转换器，所述电池储能装置的电源输出端通过所述第一dc/ac转换器与公共交流母线连接；

第二dc/ac转换器，所述可再生能源发电装置的电源输出端通过所述第二dc/ac转换器与所述公共交流母线连接；

太阳能热发电装置，所述太阳能热发电装置的电源输出端通过ac/ac转换器与所述公共交流母线连接；

储热装置，所述储热装置与所述太阳能热发电装置相连接，并可与所述太阳能发电装置之间进行储热与放热。

优选的，所述电池储能装置还包括电池储能装置的第二输入端，所述电池储能装置的第二输入端通过ac/dc转换器与所述太阳能热发电装置的电源输出端连接。

优选的，中央管理装置，所述中央管理装置与外部电网调度系统通信连接，所述中央管理装置的第一输入端和第二输入端分别与所述第一dc/ac转换器的输出端及所述第二dc/ac转换器的输出端连接，所述中央管理装置的输出端与所述公共交流母线连接。

优选的，所述可再生能源发电装置包括风力发电系统、太阳能光发电系统、太阳能热发电装置和其他输出存在波动的可再生能源发电装置中的任意一种。

优选的，所述太阳能热发电装置是将热能转换为电能的发电装置。

优选的，本地协调处理控制器，所述本地协调处理控制器与所述电池储能装置和所述储热装置及所述中央管理装置分别通信连接，所述本地协调处理控制器能够接受来自所述中央管理装置的指令，所述本地协调处理控制器能够根据所述指令以及所述电池储能装置和所述储热装置的荷电状态，优化所述电池储能装置和所述储热装置的出力。

优选的，环境/负荷预测装置，所述环境/负荷预测装置与所述中央管理装置通信连接，生成包括外部环境和所述公共交流母线负荷变化的预测数据，并将所述预测数据发送至所述中央管理装置。

优选的，所述电池储能装置还包括：

能量模块，所述能量模块包括散热、测量和信号回路，用以提供能量存储；

控制模块，所述控制模块提供与外部的通信接口，监控所述能量模块及pcs状态，根据来自所述本地协调处理控制器的指令，调度充放电功率的设定，控制所述电池储能装置的运行；

功率模块，响应所述控制模块生成的指令，控制对所述能量模块的充放电动作，提供所述复合储能供电系统的并网接口。

优选的，所述复合储能供电系统还包括：

电能转换装置，所述电能转换装置的进口端与所述可再生能源发电装置的电源输出端连接，其出口端与所述储热装置连接，用于将所述可再生能源发电装置产生的电能转化为所述储热装置所储存的热能。

优选的，所述储热装置包括：

罐体，所述罐体至少一个，所述罐体内部能够容纳多个储热单元，所述储热单元内容纳储热工质；

旁路控制系统，所述旁路控制系统能够将所述储热单元工质出口及所述储热单元工质进口旁路连接，用于稳定所述储热工质的出口状态。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、通过设置电池储能装置和储热装置，组成的复合储能供电系统能够对于可再生能源发电系统实时调峰调频，电池储能装置响应快速，能够平抑可再生能源发电系统较短时间内的快速波动，储热装置容量大，能够平抑可再生能源发电系统较长时间内的大幅波动。同时，电池储能装置还能够平抑超出储热装置调节范围的较短时间内的快速波动，优化电池储能和储热的输出目标，使复合储能系统工作在合理范围内，稳定本地可再生能源发电系统输出和局域网内其他可再生能源发电系统输出。

2、通过设置太阳能热发电装置与储热装置，当太阳能发生波动不稳定时，储热装置能够给太阳能热发电装置提供稳定的热源；当太阳能过量时，多余的热量存储在储热装置中，提高了能源的利用率。

3、可再生能源发电装置与所述电池储能系统相配合，电池储能系统通过充放电过程平抑可再生能源发电装置的发电波动；可再生能源发电装置与所述储热装置配合，通过电热转换装置将可再生能源发电系统产生的无法并网发电的多余电能转化为热能存储在所述储热装置中，提高了系统运行的稳定性，节约能源，提高了能源利用率。

附图说明

图1是本实用新型的用于电网调峰调频的复合储能供电系统的结构示意图；

图2是本实用新型的用于电网调峰调频的复合储能供电系统基于塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统热化学储热装置的结构示意图；

图3是本实用新型的用于电网调峰调频的复合储能供电系统基于塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统储热装置旁路控制系统的结构示意图；

图4是本实用新型的用于电网调峰调频的复合储能供电系统采用风力发电系统、太阳能光伏发电系统和塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统时的结构示意图。

附图标记说明

可再生能源发电装置1；电池储能装置2；储热装置3；本地协调处理控制器5；环境/负荷预测装置6；电池储能装置的第一输入端7；dc/dc转换器8；第一dc/ac转换器9；公共交流母线10；第二dc/ac转换器11；太阳能热发电装置12；ac/ac转换器13；电池储能装置的第二输入端14；ac/dc转换器15；电热转换装置16；进气口17；出气口18；电加热器19；中央管理装置20；电网21；电闸22；储热单元23；旁路控制系统24；旁路25；阀门26；风力发电系统27；太阳能光伏发电系统28；镜场29；空气吸热器30；旁通阀32；回热器33；压气机34；透平35；发电机36；余热利用装置37；ac/ac变换器38；塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统39；dc/ac变换器40。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示为本实用新型提供的一种用于电网调峰调频的复合储能供电系统，包括可再生能源发电装置1、电池储能装置2、储热装置3、中央管理装置20；电池储能装置的第一输入端7通过dc/dc转换器8与可再生能源发电装置1的电源输出端连接，所述电池储能装置1的电源输出端通过第一dc/ac转换器9与公共交流母线10连接，可再生能源发电装置1的电源输出端通过第二dc/ac转换器11与公共交流母线10连接，还包括太阳能热发电装置12，太阳能热发电装置12的电源输出端通过ac/ac转换器13与公共交流母线10连接，储热装置3与太阳能热发电装置12相连接，并可与太阳能发电装置12之间进行储热与放热。本实用新型提供的一种用于电网调峰调频的复合储能供电系统将电池储能装置2和储热装置3耦合，使用由电池储能装置2和储热装置3组成的复合储能供电系统协调处理调控，对于可再生能源发电装置1实时调峰调频，具体而言，电池储能装置2响应快速，主要平抑可再生能源发电装置1较短时间内的快速波动，储热装置3容量大，主要用于平抑可再生能源发电装置1较长时间内的大幅波动，同时还可以通过放热来促进太阳能热发电装置进行发电供给电池储能装置，平抑储热装置3调节范围的较短时间内的快速波动，优化电池储能装置2和储热装置3的输出目标，使复合储能系统工作在合理范围内，稳定本地可再生能源发电装置1输出和局域网内其他可再生能源发电系统输出。该调控系统结合储热装置容量大以及电池储能装置响应快速、调节精确可靠的特点，减少了占用电池储能装置中昂贵的电池容量，节约了成本，提高了经济性。

作为本实用新型一种优选的实施方式，所述可再生能源发电装置1包括风力发电系统、太阳能光发电系统、太阳能热发电装置和其他输出存在波动的可再生能源发电装置中的任意一种，所述电池储能装置2还包括电池储能装置的第二输入端14，所述电池储能装置的第二输入端14通过ac/dc转换器15与所述太阳能热发电装置12的电源输出端连接，太阳能热发电装置12与所述储热装置3相配合，当太阳能发生波动不稳定时，储热装置3可以给太阳能热发电装置12提供稳定的热源，太阳能过量时，多余的热量存储在储热装置3中；风力发电系统、太阳能光发电系统等可再生能源发电系统，与所述电池储能装置2相配合，电池储能装置2通过充放电过程平抑风力发电系统、太阳能光发电系统等可再生能源发电系统发电波动，与所述储热装置3配合，通过电热转换装置16将风力发电系统、太阳能光发电系统等可再生能源发电系统产生的无法并网发电的多余电能转化为热能存储在所述储热装置3中。电池储能装置2余量不足以平抑较短时间内的快速波动时，储热装置3放热推动太阳能热发电装置12发电，部分电能经过ac/dc变换器15为电池储能装置2充电至电池储能装置2足以平抑较短时间内的快速波动。

作为本实用新型一种优选的实施方式，还包括中央管理装置20，中央管理装置20与外部电网调度系统通信连接，所述中央管理装置20的第一输入端和第二输入端分别与所述第一dc/ac转换器9的输出端及所述第二dc/ac转换器11的输出端连接，所述中央管理装置20的输出端与公共交流母线10连接，中央管理装置20可以综合各方面信息，给出调峰调频指令。

作为本实用新型一种优选的实施方式，还包括本地协调处理控制器5，本地协调处理控制器5与电池储能装置2和所述储热装置3及中央管理装置20分别通信连接，本地协调处理控制器5能够接受来自所述中央管理装置20的指令，本地协调处理控制器5能够根据所述指令以及电池储能装置2和所述储热装置3的荷电状态，优化所述电池储能装置2和储热装置3的处理。

作为本实用新型一种优选的实施方式，还包括环境/负荷预测装置6，环境/负荷预测装置6综合天气状况、用电需求以及时间段，预测某区域一段时间内光照、风量和交流负荷的变化，进而预测电价变化并反馈至中央管理装置20，中央管理装置20还接收来自电网调峰调频需求和本地光伏发电与光热发电状态信息，综合上述信息后形成调度指令并发送到本地协调处理控制器5，电池储能装置2和储热装置3根据指令协同处理，完成调峰调频过程。同时，中央管理装置20会主动向电网调度中心上报本地复合储能系统的调峰调频能力，稳定局域网电力输出。

作为一种优选的实施方式，电池储能装置2包括能量模块，用以提供能量存储能力，包含储能单元内部的散热、测量和信号回路；功率模块，响应通信与控制单元指令，控制对电池储能单元的充放电动作。同时，提供电池储能装置2的并网接口，满足对并网电能质量、电网适应性和故障保护功能的要求；控制模块，提供与局域网和电网的通信接口，监控储能单元和pcs状态，根据本地协调处理控制器5指令，调度电池储能装置2充放电功率设定，控制电池储能装置2运行。

如图2为本实用新型提供的一种用于电网调峰调频的复合储能供电系统基于塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统热化学储热装置的结构示意图，包括进气口17、出气口18、电加热器19和储热单元23，本实用新型提供的的复合储能供电系统与塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统配合时，电热转换装置采用电加热器19，进气口17设置于所述罐体顶部，出气口18设置于所述罐体底部，分布在罐体内部多个储热单元23采用热化学储热单元。

作为一种优选的实施方式，本地局域网可以根据实际需求，设置多个储热罐体；电加热装置将可再生能源发电装置1中多余的电能转化为热能存储在储热装置3中；由于热气体密度小于常温气体，受浮力影响被加热的气体易向上流动，采用进气口17在罐体顶部，出气口18设置于罐体底部的设置方式，热气体将自上而下逐渐均匀充满罐体。热化学储热是目前储热密度最大的储热方式，可以实现季节性长期存储和长距离运输，并且可实现热能品位的提升，其原理是利用可逆的热化学反应，来实现储热和放热的过程，采用多个储热单元23可以使储热和放热过程完成的更彻底。

作为一种优选的实施方式，储热装置3与塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统配合时，经由进气口17流入罐体的介质为空气，热化学储热介质为金属氧化物。金属氧化物作为热化学储热介质，空气既是储/放热过程的反应物，又是传热介质，与其他储热装置相比，减少了与储热装置换热产生的热量损失，具有更高的储热效率，并且金属氧化物氧化还原反应有着较好的循环稳定性，多次循环后仍能保持较好的反应动力学特性和结构稳定性，在初始投入使用后能够保持长时间稳定运行。

作为一种优选的实施方式，如图3为本实用新型提供的一种用于电网调峰调频的复合储能供电系统基于塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统储热装置旁路控制系统的结构示意图，还包括旁路控制系统24，旁路控制系统24还包括旁路25和阀门26，旁路控制系统24能够将储热单元23工质出口及储热单元23工质进口旁路连接，用于稳定储热单元23工质的出口状态。在旁路控制系统24中，通过改变旁路阀门26开度，控制储热罐出口空气温度并使其保持稳定，以满足燃气轮机要求。储热罐储热时，调小阀门26开度，高温空气主要流经储热罐，通过化学反应将高温空气热能转化为化学能存储在储热介质中；储罐储满热后，调大阀门26开度，除一部分热空气用于维持储罐温度和状态稳定外，高温空气主要经旁路流到下游。

如图4所示为本实用新型提供的一种用于电网调峰调频的复合储能供电系统采用风力发电系统、太阳能光伏发电系统和塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统时的结构示意图，该系统用于稳定本地发电系统输出，可再生能源发电装置包括风力发电系统27、太阳能光伏发电系统28、塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统39。本系统电池储能装置2与储热装置3耦合，当发电系统输出发生波动无法达到并网发电要求时，中央管理装置20收集信号并生成调度指令，本地协调处理控制器5接收到调度指令后，电池储能装置2和储热装置3协同调整充放电和储放热过程，从而实现调峰调频，稳定自身发电输出。塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统包括：镜场29、空气吸热器30、储热装置3、旁通阀32、回热器33、压气机34、透平35、发电机36、余热利用装置37和ac/ac变换器38,环境空气经过压气机升压进入回热器33预热，预热后的空气进入空气吸热器30被定日境场29的聚焦太阳光加热，加热后的高温空气进入储热装置3，储热装置3根据系统运行情况进行吸放热，若此时空气温度高于燃机稳定运行空气温度，储热装置3吸收多余热量，若此时空气温度低于燃机稳定运行空气温度，储热装置3释放热量，维持储热装置3出口空气温度稳定，稳定的高温空气再进入透平膨胀做功，透平排气经过回热器冷却，再进入余热利用装置。透平35带动发电机进行发电，通过ac/ac变换器38与公共交流母线10连接。风力发电系统27、太阳能光伏发电系统28和电池储能装置2通过dc/dc变换器8与直流母线连接，直流母线通过dc/ac变换器40与交流母线10连接，交流母线10与电网相连，并可直连交流负载，同时直流母线也与储热装置3中的电加热装置相连。风力发电系统27或太阳能光伏发电系统28输出高于期望值时，多余的电能存储在电池储能装置或通过电加热装置将电能转化为热能存储在储热装置3中，当风力发电系统27或太阳能光伏发电系统28输出低于期望值时，电池储能装置2放电平抑太阳能光伏发电系统输出不足或储热装置3放热提升塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统输出来平抑风力发电系统27或太阳能光伏发电系统28输出不足。电池储能装置2余量不足以平抑输出较短时间内的快速波动时，储热装置3放热推动太阳能热发电装置12发电，部分电能经过ac/dc变换器15为电池储能装置充电至电池储能装置足以平抑本地输出的较短时间内的快速波动。

作为一种优选的实施方式，本实用新型提供的一种用于电网调峰调频的复合储能供电系统用于稳定发电系统输出，尤其是该系统用于稳定局域网内其他可再生能源发电系统输出。当本地风力发电系统27、光伏发电系统28和塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统输出稳定，局域网内其他可再生能源发电装置输出不稳定时，用于电网调峰调频的复合储能系统中的中央管理装置20接收到来自局域网的调度指令并将调度指令发送到本地协调控制器5，电池储能装置2和储热装置3平抑本地发电系统波动后的储能余量协同调整充放电和储放热过程，从而实现局域网调峰调频，稳定域网内其他可再生能源发电系统输出。

作为一种优选的实施方式，本实用新型提供了一种用于电网调峰调频的复合储能供电系统，用于稳定局域网内其他可再生能源发电系统输出，该系统除了接收局域网调峰调频指令外，中央管理装置20还会在复合储能系统余量充足时主动向局域网申请参与调峰调频。当风力发电系统、光伏发电系统和塔式太阳能布雷顿循环燃气轮机发电系统输出稳定，环境/负荷预测装置6预计本地接下来一段时间光照充足，复合储能系统将持续处于较为饱和的状态，预测局域网内其他可再生能源发电系统所在地光照和风量将发生波动，环境/负荷预测装置6向中央管理装置20反馈复合储能系统状态，由中央管理装置20向局域网调度中心提供调峰调频能力，局域网调度中心接收到本地复合储能系统调峰调频能力，向用于电网调峰调频的复合储能系统中的中央管理装置20发送调度指令，在本地协调处理控制器5作用下，电池储能装置2和储热装置3平抑本地发电系统波动后的储能余量协同调整充放电和储放热过程，从而实现局域网主动调峰调频，稳定域网内其他可再生能源发电系统输出。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。