专利名称：数控自备储能电站的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全数控电力拖动及发电的动力装置，特别涉及一种可以根据电网负荷情况不同而实时改变为电能储存、转换或电能输出状态的数控自备储能电站。
作为发展中国家的我国，由于工农业建设的迅猛发展和人民生活水平的提高，对电力的需求日趋增长。虽然国家在电站建设上投入了巨额资金，兴建了大大小小许多火电厂和水电站，但仍然不能满足电力负荷增长的迫切需求，在国内城乡各地，停电拉闸或限额用电的现象比比皆是，给工农业生产和人民生活都带来严重影响和极大的不便。然而，就每天的电网负荷而言，是很不均衡的，就是严重缺电地区的电网，也还是有负荷的高峰期和低谷期。在谷期发电厂的电能仍然是富余的，因此，如何填“谷”补“峰”就成为电力工程建设中一项与增加发电机组容量同样重要的事项。在有条件的地区，正在建设抽水蓄能电站，就是一例。如在浙江省安吉县正在建设的天荒坪电站，要安装六台进口的30万千瓦立轴单级可逆混流式水泵水轮发电机组，该机组集抽水与放水发电两种功能于一身，结构紧凑、使用方便。电站到1999年竣工后，每年可把约32亿度富余电能调到用电高峰时使用，这将使我国地区电网容量最大的华东电网较好地缓解其供用电的矛盾，从而大大促进该地区的经济发展。但是抽水蓄能电站作为集中控制的储能电站，投资大，建设周期长，不能马上对电网调整负荷发挥成效。如果能够建设分布式控制的储能电站，投资小，建设周期短，其优点是很明显的。
本发明的目的是提供一种能够由单位用户自行管理控制的数控自备储能电站。
本发明包括有放置在控制柜箱体内壳体里的，由可编程控制器和双向可变频逆变电源组成的数控变频电源，其转子外缘装有稀土永磁材料制成多个磁极的稀土全速同步电机和惯性飞轮，其特征在于该数控逆变电源通过两个数控交流接触器分别与供电网及内部供电线路相连，数控电源还与作为换能器的稀土全速同步电机的定子线圈相连接，该电机的转轴上装有一个作为储能器的密封在真空壳体里的惯性飞轮。惯性飞轮与电机的安装结构可以采用卧式或立式两种方式。
本发明的最大特点是可以由用户单位根据自己的特定条件自行建设、自行管理、灵活应用。该装置既可以用来解决电网调峰，储备电能，也可以用作应急电源，还可以满足用户的某些特殊技术要求，例如作为恒频稳压电源，大功率不间断电源(UPS)、变频电源等。如果电网在峰期、谷期对电费采用不同计价，该装置又可以用于改善企业的动力收支状况。与水力储能的集中式储能电站相比较，本发明不需要巨额投资和大兴土木，也不需要特别的地理环境条件;对电网而言，其平衡负荷的受益层次更深，平衡的效果也更好些。由于本发明相对结构比较简单，建设费用不会太高，各个用户单位通常都可以自行筹资建设，有利于普及推广应用。
图1是本发明的结构组成示意图。
图2是本发明中稀土同步电机与惯性飞轮构成的换能/储能器的两种安装结构型式示意图。其中A为卧式，B为立式。
参见图1，本发明是由放置在控制柜箱体1内的电可编程控制器2和双向可变频逆变电源3组成的数控变频电源10，以及其转子外缘装有稀土永磁材料制成的多个磁极的稀土全速同步电机4和惯性飞轮5组成。其中数控变频电源10的控制柜箱体1可以采用申请人的专利《防尘防爆型数控变频电源》(专利号CN92225094)的结构即在外罩有密封钟罩的内壳体内放置数控变频电源10，在内壳体下部固接金属筛网在钟罩下部开设排气孔，在金属筛网下部则安装有进风通道和集尘筒，利用内壳体下部的通风扇对上述电源部分10进行通风冷却，同时使用带重力沉降的进风口，使外界环境中的空气里所含有的灰尘乃至雨雪等固体、液体颗粒分离，并经金属筛网过滤，以满足冷却空气的洁净度，这样可适合一般工矿企业的外部环境条件。与在这种环境条件下的全数控电力拖动系统中的电动机4配套使用，不必专门建造控制机房。控制柜箱体1也可以采用申请人的专利《数控电拖动装置加固型控制柜》(专利号CN92225095)的结构，即如图1中所示的分成工作仓和下部制冷仓两部分的控制柜箱体1，在其工作仓里放置数控变频电源10，其前侧装置密封门11、背部有冷却盘管12，制冷仓里装置压缩机泵组及有关配件、控制装置，利用全封闭的箱体放置数控变频电源10，使之在人工设定的环境中能够可靠地工作，以适应在野外或环境比较恶劣的工矿企业大型车间里，配合全数控电力拖动装置工作。6、7是两个与双向可变频逆变电源3相连接的数控交流接触器，分别与供电网8和内部供电线路9相连通。数控交流接触器6接收可编程控制器2的指令后，与供电网连接，从电网输入能量，进入储能状态。从电网输入的50周三相交流电，按照储能器惯性飞轮5的运行状态，在可编程控制器2的实时控制下，转换成在与惯性飞轮运转同步频率基础上逐渐升高其频率的交流电，输入给稀土全速电机4，使飞轮转速加快而储存能量;也可以让数控交流接触器7接收可编程控制器2的指令后，与内部供电负载线路9相连，将储存的电能由逆变电源3经之送入用电负载9，也即输出能量。
稀土全速同步电机4与惯性飞轮5构成本发明的储能/接触器。即数控电源3与稀土全速同步电机4的定子线圈相连，该电机4的转轴上装有一个密封在真空壳体6里的惯性飞轮5。本发明的稀土电机定子位于永磁转子的里侧，定子线圈的铁芯采用高频高导磁率的铁淦氧材料制成，以便数控电源10往定子线圈里通入高频交流电后，可使稀土永磁转子在高频磁场下高速旋转，从而让装在其转轴上的飞轮5也高速转动，其最高速可达数万转/分，可以储存足够的惯性动能。上述状态为本发明的储能状态。当需要向内部负载供电时，则将因高速旋转的飞轮5带动的永磁转子旋转而在稀土同步电机4的定子线圈里感应生成的电势引出，经双向可变频逆变电源3将其转换成直流电供内部直流耗能负载做功，或者再逆变成交流电，供内部交流负载驱动。此时稀土全速同步电机4作为发电机状态工作，它是本发明中的换能器，惯性飞轮5则是物理储能器，再配以双向可变频逆变电源3及可编程控制器2构成一个可以由用户自行调控运行，不受速度匹配制约，高效低耗的数控能量转换器，即可以在机械能与电能之间进行相互高效转换实现自备储存电能的装置。
本发明的电机4安装结构、可以采用卧式(参见图2B)和立式(参见图2A)两种方式。其中惯性飞轮5的密封罩6可以采用在地基上挖设混凝土井槽61再辅以盖板62或护罩63构成。由于飞轮是固定安装的，空间、体积并不受到太多限制，因此可以适当把飞轮的直径和质量做得大一些，以取得更好的储能转换效果。
本发明中的数控电源10已是定型系列产品，可以选用申请人CN90202757号或CN90203323号专利作可变频逆变电源3，也可以选用日本富士公司的G7系列逆变器。可编程控制器2可以选用普通工业过程控制器，或工业控制计算机，也可以是中央控制计算机，通过标准工业控制接口界面和分时分址方法时各个敏感机构和执行机构进行监测和控制。
权利要求
1.一种数控自备储能电站，包括有放置在控制柜箱体内壳体里的，由可编程控制器和双向可变频逆变电源组成的数控变频电源，其转子外缘装有稀土永磁材料制成多个磁极的稀土全速同步电机和惯性飞轮，其特征在于该数控逆变电源通过两个数控交流接触器分别与供电网及内部供电线路相连，数控电源还与作为换能器的稀土全速同步电机的定子线圈相连接，该电机的转轴上装有一个作为储能器的密封在真空壳体里的惯性飞轮。
2.如权利要求1所述的数控自备储能电站，其特征在于惯性飞轮与电机的安装结构可以采用卧式或立式两种方式。
全文摘要
一种数控自备储能电站，是由可编程控制器与双向可变频逆变电源构成的数控逆变电源，以及由稀土全速同步电机及其转轴上安装的惯性飞轮构成的高速物理换能/储能器构成的。该装置是一种可由用户单位灵活应用贮存富裕电能的储能设备。
文档编号H02J15/00GK1111410SQ9410483
公开日1995年11月8日 申请日期1994年5月5日 优先权日1994年5月5日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂