專利名稱：電網(wǎng)用彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種能將電網(wǎng)多余電能轉(zhuǎn)換為彈性勢(shì)能存儲(chǔ)、并在用電高峰期將儲(chǔ)存的能量回饋電網(wǎng)的彈性儲(chǔ)能裝置，屬輸配電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、消費(fèi)是同時(shí)進(jìn)行的，要時(shí)刻維持電能的供需平衡才能保證 電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。鑒于電能目前尚不能大量儲(chǔ)存，而電力負(fù)荷卻是隨時(shí)變化的，電力系 統(tǒng)必須預(yù)留足夠多的備用容量才能應(yīng)付各種突發(fā)情況，維持電力的供需平衡。目前，風(fēng)力發(fā) 電、光伏發(fā)電已進(jìn)入迅猛發(fā)展時(shí)期，由于這些綠色電源固有的“間歇性”和“波動(dòng)性”，它們的 大規(guī)模接入必將大大加重電網(wǎng)的調(diào)峰負(fù)擔(dān)，采用傳統(tǒng)的預(yù)留調(diào)峰備用容量的方法意味著需 投入巨大的資金來建設(shè)配套調(diào)峰機(jī)組，只能是事倍功半。因此，設(shè)計(jì)一種大容量電能儲(chǔ)存裝 置，對(duì)解決智能電網(wǎng)和大規(guī)?！伴g歇性”電源入網(wǎng)問題具有十分重要的意義，是有關(guān)技術(shù)人 員必須解決的難題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、提供一種可大量存儲(chǔ)與釋放電能的 電網(wǎng)用彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)。本實(shí)用新型所述問題是由以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種電網(wǎng)用彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，由中央監(jiān)控器和多個(gè)系統(tǒng)單元構(gòu)成，每個(gè)系統(tǒng)單 元均由儲(chǔ)能體、傳動(dòng)系統(tǒng)、雙饋電機(jī)、主電磁離合器、變流器、斷路器和單元控制器組成，所 述雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)與儲(chǔ)能體連接，其勵(lì)磁線圈經(jīng)變流器與電網(wǎng)連接，雙饋電機(jī) 的定子線圈經(jīng)斷路器與電網(wǎng)連接；儲(chǔ)能體、傳動(dòng)系統(tǒng)、雙饋電機(jī)、變流器和斷路器的監(jiān)控端 均接單元控制器，所述單元控制器通過通訊接口與中央監(jiān)控器連接。上述電網(wǎng)用彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，所述儲(chǔ)能體由多個(gè)渦簧箱組成，每個(gè)渦簧箱由箱 體、片狀渦簧、主軸、棘輪、棘爪、齒輪、電磁離合器、主動(dòng)軸和軸承組成，所述主軸通過軸承 與箱體連接，其一端通過電磁離合器與主動(dòng)軸相連；所述渦簧的兩端分別與主軸和箱體連 接，所述棘輪固定于主軸上，與之對(duì)應(yīng)的棘爪固定在箱體上；所述齒輪固定于主動(dòng)軸上，多 個(gè)渦簧箱的齒輪依次嚙合，其中一個(gè)渦簧箱的主動(dòng)軸與傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出軸連接。上述電網(wǎng)用彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，所述傳動(dòng)系統(tǒng)由齒輪箱和變速箱構(gòu)成，所述齒輪 箱的高速軸通過主電磁離合器與雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，低速軸經(jīng)變速箱和儲(chǔ)能體連接。上述電網(wǎng)用彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，所述變流器由兩個(gè)直流側(cè)相接的三相電壓型PWM 全控橋組成，第一全控橋的交流側(cè)接雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈，第二全控橋的交流側(cè)接電 網(wǎng)，兩全控橋直流側(cè)還設(shè)置有濾波電容，控制端接單元控制器。本實(shí)用新型的雙饋電機(jī)可工作于電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和同步調(diào)相機(jī)三種狀態(tài)。在電動(dòng) 機(jī)狀態(tài)時(shí)，可在電網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)下通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能體儲(chǔ)能，將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為渦簧的 彈性勢(shì)能；在發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，儲(chǔ)能體中的渦簧釋放彈性能，驅(qū)動(dòng)雙饋電機(jī)發(fā)電，將彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能回饋電網(wǎng)；在同步調(diào)相狀態(tài)時(shí)，能提供或吸收電網(wǎng)所需的無功功率，穩(wěn)定接入點(diǎn) 電壓。由于本系統(tǒng)在中央監(jiān)控器的控制下可設(shè)置多個(gè)彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)單元，且每個(gè)系 統(tǒng)單元的儲(chǔ)能體可以儲(chǔ)存大量的能量，因此本系統(tǒng)特別適合用作電網(wǎng)的調(diào)峰裝置。本實(shí)用 新型不僅可大量存儲(chǔ)與釋放電能，而且不受地質(zhì)條件限制，無污染，壽命長，免維護(hù)，為智能 電網(wǎng)和大規(guī)?！伴g歇性”電源并入電網(wǎng)提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。

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以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是儲(chǔ)能體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是的變流器電原理圖；圖5是雙饋電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)和同步調(diào)相機(jī)狀態(tài)時(shí)啟動(dòng)示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)為1、儲(chǔ)能體；2、傳動(dòng)系統(tǒng)；3、雙饋電機(jī)；4、主電磁離合器；5、主動(dòng)軸； 6、變速箱；7、低速軸；8、齒輪箱；9、高速軸；10、軸承；11、齒輪；12、電磁離合器；13、主軸； 14、渦簧；15、棘輪；16、棘爪；17、箱體;Wl-Wru渦簧箱(η = 1,2,…，η，η為整數(shù))；C、濾波 電容；Q1、第一全控橋；Q2、第二全控橋；Κ1、Κ2、開關(guān)。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型專利基于渦簧的彈性儲(chǔ)能原理，提出一種能夠與電網(wǎng)相聯(lián)、快速儲(chǔ)能 與發(fā)電的彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)。每一個(gè)系統(tǒng)單元由儲(chǔ)能體1、傳動(dòng)系統(tǒng)2、雙饋電機(jī)3、主電磁 離合器、單元控制器等部分組成，幾十個(gè)甚至更多個(gè)這樣的系統(tǒng)單元組合在一起，并通過一 個(gè)中央監(jiān)控器實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)系統(tǒng)單元的有序控制，可組成彈性儲(chǔ)能發(fā)電站。本實(shí)用新型對(duì)安 裝地點(diǎn)無特殊要求，無污染，效率高，可控制，能夠大規(guī)模、大容量地安裝與建設(shè)，可在電力 系統(tǒng)中發(fā)揮以下重大作用(1)可作為一種重要的調(diào)峰手段，解決電網(wǎng)的峰谷差調(diào)節(jié)問題。本系統(tǒng)可根據(jù)電網(wǎng) 需求分布建在電網(wǎng)各處，通過電網(wǎng)的實(shí)時(shí)控制進(jìn)行儲(chǔ)能與發(fā)電，如同現(xiàn)有的抽水蓄能電站 用于調(diào)峰一樣參與電力調(diào)節(jié)，提高電網(wǎng)深度調(diào)峰能力，調(diào)節(jié)電網(wǎng)的峰谷差。(2)可作為一種重要的穩(wěn)定控制手段，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。本系統(tǒng)可提供足夠的 電力儲(chǔ)存，在電網(wǎng)緊急狀態(tài)下，電網(wǎng)可通過實(shí)時(shí)控制其進(jìn)入儲(chǔ)能或發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，提供電網(wǎng) 所急需的緊急功率吸納或功率支持，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。(3)解決可再生能源的“間歇性”問題，改善電能質(zhì)量。間歇式電源固有的“間歇 性”和“波動(dòng)性”問題已成為其接入電網(wǎng)的嚴(yán)重瓶頸。若在有“間歇性”電源的地方配套建 設(shè)本彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，通過對(duì)其實(shí)時(shí)控制進(jìn)行快速的儲(chǔ)能與發(fā)電，就能儲(chǔ)存多余的電能， 就地平衡減少間歇式電源對(duì)電力系統(tǒng)的不利影響，提高電網(wǎng)接納間歇性電源的能力。(4)具有同步調(diào)相功能，提供或吸收電網(wǎng)所需的無功功率，維持接入點(diǎn)電壓水平。 通過控制主電磁離合器4斷開雙饋電機(jī)3與傳動(dòng)系統(tǒng)2的聯(lián)系，就能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)空載狀態(tài) 下的同步調(diào)相運(yùn)行方式，提供或吸收電網(wǎng)所需的無功功率，從而降低電網(wǎng)損耗，穩(wěn)定接入點(diǎn)電壓。總之，本實(shí)用新型專利能夠滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求，具有廣闊的市場(chǎng)前景，意義十分重大。參看圖1、圖2和圖5，本系統(tǒng)的基本工作原理是當(dāng)儲(chǔ)能時(shí)，中央監(jiān)控器給單元控制器發(fā)出控制指令，單元控制器就控制主電磁離 合器4和渦簧箱Wl中電磁離合器12閉合，開關(guān)Kl斷開，K2閉合，第二斷路器合閘，雙饋電 機(jī)3轉(zhuǎn)子繞組串頻敏變阻器按感應(yīng)電機(jī)方式啟動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子接近同步速后，單元控制器控制 K2斷開，Kl閉合，變流器提供直流勵(lì)磁，待轉(zhuǎn)子拉入同步后雙饋電機(jī)3就運(yùn)行于轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié) 的同步電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，來自電網(wǎng)的電能驅(qū)動(dòng)雙饋電機(jī)3運(yùn)行，并通過傳動(dòng)系統(tǒng)2使儲(chǔ)能體1中 渦簧箱Wl的渦簧14擰緊，渦簧14就以彈性勢(shì)能的形式將能量儲(chǔ)存起來；之后，單元控制器 控制電磁離合器12斷開，棘爪16自動(dòng)使渦簧14維持鎖緊狀態(tài)；在電磁離合器12斷開的同 時(shí)單元控制器控制渦簧箱W2的電磁離合器閉合，按照上述相同的控制過程，依次完成電能 到彈性勢(shì)能在渦簧箱W2和其它渦簧箱中的儲(chǔ)存。當(dāng)單元控制器接收到停止儲(chǔ)能指令或所 有渦簧箱能量儲(chǔ)滿時(shí)，單元控制器控制第二斷路器斷開。這時(shí)本系統(tǒng)單元處于能量存儲(chǔ)狀 態(tài)，直到接收到一個(gè)能量釋放的控制信號(hào)。其它系統(tǒng)單元在中央監(jiān)控器的預(yù)定控制規(guī)則控 制下儲(chǔ)能過程同上。當(dāng)釋能時(shí)，中央監(jiān)控器給單元控制器發(fā)出控制指令，單元控制器就控制主電磁離 合器4閉合，雙饋電機(jī)3工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，控制渦簧箱Wl中電磁離合器12閉合，并使其 對(duì)應(yīng)的棘爪16松開使鎖緊的渦簧14釋放彈性能，通過傳動(dòng)系統(tǒng)2帶動(dòng)雙鎖電機(jī)3運(yùn)行，同 時(shí)控制雙饋電機(jī)3達(dá)到同期條件時(shí)通過第一斷路器閉合并入電網(wǎng)。當(dāng)渦簧箱Wl彈性勢(shì)能 釋放完畢時(shí)，單元控制器控制電磁離合器12斷開，同時(shí)控制渦簧箱W2的電磁離合器閉合， 按照上述相同的控制過程，依次完成渦簧箱W2和其它渦簧箱中彈性勢(shì)能到電能的釋放，從 而實(shí)現(xiàn)彈性勢(shì)能到電能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)單元控制器接收到停止釋能指令或所有渦簧箱能量釋放 完畢時(shí)，單元控制器控制第一斷路器斷開。其它系統(tǒng)單元在中央監(jiān)控器的預(yù)定控制規(guī)則控 制下釋能過程同上。由此，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了電能的輸入、存儲(chǔ)和輸出。當(dāng)電網(wǎng)需要本實(shí)用新型運(yùn)行于同步調(diào)相機(jī)狀態(tài)時(shí)，中央監(jiān)控器給單元控制器發(fā)出 控制指令，單元控制器就控制主電磁離合器4斷開，開關(guān)Kl斷開，K2閉合，第二斷路器合 閘，并控制雙饋電機(jī)3工作于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串頻敏變阻器啟動(dòng)，當(dāng)接感應(yīng) 電機(jī)方式啟動(dòng)完成后，單元控制器控制開關(guān)K2斷開，Kl閉合，使雙饋電機(jī)3運(yùn)行于同步調(diào) 相機(jī)狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)變流器輸出的勵(lì)磁電流大小，使電機(jī)輸出或吸收相應(yīng)的無功功率。當(dāng)單 元控制器接收到停止調(diào)相指令時(shí)，單元控制器控制第二斷路器斷開。其它系統(tǒng)單元在中央 監(jiān)控器的預(yù)定控制規(guī)則控制下同步調(diào)相過程同上。雙饋電機(jī)3是繞線式感應(yīng)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組經(jīng)變流器接入電網(wǎng)，電機(jī)定子經(jīng) 斷路器饋入電網(wǎng)。雙饋電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，儲(chǔ)能體1的彈性能經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)2驅(qū)動(dòng)雙 饋電機(jī)3運(yùn)行發(fā)電，將能量輸送給電網(wǎng)。單元控制器通過變流器控制電機(jī)勵(lì)磁電流的幅值、 頻率、相位，實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)3輸出電能的恒頻恒壓和輸出有功功率、無功功率解耦控制。雙 饋電機(jī)3輸出電壓的頻率、幅值和相位不受轉(zhuǎn)子速度和瞬時(shí)位置的影響。運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀 態(tài)時(shí)，電網(wǎng)通過定子繞組向雙饋電機(jī)3輸入電磁功率，還通過變流器向雙饋電機(jī)3輸入頻率 可調(diào)的勵(lì)磁功率，使電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)并經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)2將能量輸送給儲(chǔ)能體1。運(yùn)行于同步調(diào)相機(jī)狀態(tài)時(shí)，雙饋電機(jī)空載運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)變流器輸出的勵(lì)磁電流大小，調(diào)節(jié)輸出的無功功率。單元控制器的功能包含系統(tǒng)單元狀態(tài)監(jiān)測(cè)、主電磁離合器4控制、雙饋電機(jī)3控制、變流器控制、第一斷路器、第二斷路器控制以及儲(chǔ)能體1的控制等。系統(tǒng)單元狀態(tài)監(jiān)測(cè) 包括儲(chǔ)能體1的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、傳動(dòng)系統(tǒng)2狀態(tài)監(jiān)測(cè)、轉(zhuǎn)子速度/位置監(jiān)測(cè)、電壓/電流測(cè)量； 變流器控制用于實(shí)現(xiàn)對(duì)雙饋電機(jī)3不同運(yùn)行狀態(tài)下的交流勵(lì)磁電流的幅值、頻率和相位的 相應(yīng)控制；第一斷路器、第二斷路器控制用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)單元與電網(wǎng)的斷開和連接。具體而 言，單元控制器能監(jiān)測(cè)本系統(tǒng)單元的工作狀態(tài)，同時(shí)對(duì)雙饋電機(jī)3實(shí)施控制和對(duì)第一斷路 器、第二斷路器、棘爪16、電磁離合器12等發(fā)出相應(yīng)的控制指令；當(dāng)雙饋電機(jī)3工作于發(fā)電 機(jī)狀態(tài)時(shí)，單元控制器根據(jù)采集到的定子和轉(zhuǎn)子的電壓電流信號(hào)以及轉(zhuǎn)子的位置和速度信 息，按照給定的控制策略，實(shí)施雙饋電機(jī)3轉(zhuǎn)子側(cè)第一全控橋Ql和電網(wǎng)側(cè)第二全控橋Q2的 定向矢量控制，使彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)輸出有功功率和無功功率；當(dāng)雙饋電機(jī)工作于發(fā)電機(jī) 狀態(tài)需并網(wǎng)時(shí)，單元控制器可控制雙饋電機(jī)滿足并網(wǎng)同期條件，并適時(shí)對(duì)第一斷路器發(fā)出 指令，完成并網(wǎng)。參看圖2，儲(chǔ)能體1由一系列并聯(lián)的渦簧箱Wl-Wn組成，每個(gè)渦簧箱由箱體17、片 狀渦簧14、主軸13、棘輪15、棘爪16、齒輪11、電磁離合器12、主動(dòng)軸5、軸承10組成，主軸 13通過電磁離合器12與主動(dòng)軸5相連，渦簧14 一端通過壓板固定在主軸13上并隨其一 同轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端通過壓板或鉸接的方式固定在箱體17的內(nèi)壁處，箱體17固定不動(dòng)；棘輪15 裝在主軸13上，棘爪16的一端固定在箱體17內(nèi)壁上。多個(gè)渦簧箱通過各自的齒輪11依 次嚙合，其中一個(gè)渦簧箱的主動(dòng)軸5與傳動(dòng)系統(tǒng)2相連。當(dāng)儲(chǔ)能體1進(jìn)行儲(chǔ)能時(shí)單元控制器控制電磁離合器12閉合，傳動(dòng)系統(tǒng)2的轉(zhuǎn)動(dòng) 和動(dòng)力傳遞給主軸13，渦簧14逐漸被旋緊。當(dāng)渦簧14達(dá)到自身儲(chǔ)能極限或接到儲(chǔ)能停止 指令時(shí)，單元控制器控制電磁離合器12斷開，傳動(dòng)系統(tǒng)2的轉(zhuǎn)動(dòng)和動(dòng)力將不再傳遞給主軸 13。此時(shí)，主軸13在渦簧張力的作用下具有反向轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，棘爪16制動(dòng)棘輪15，使主軸 13將不能反向轉(zhuǎn)動(dòng)，完成渦簧箱Wl的彈性儲(chǔ)能過程。在電磁離合器12斷開的同時(shí)，單元控 制器控制渦簧箱W2的電磁離合器閉合，按照上述相同的控制過程，依次完成電能到彈性勢(shì) 能在渦簧箱W2和其它渦簧箱中的儲(chǔ)存。當(dāng)單元控制器接收到停止儲(chǔ)能指令時(shí)，或所有渦簧 箱能量儲(chǔ)滿時(shí)，單元控制器控制第二斷路器斷開。這時(shí)本系統(tǒng)處于能量存儲(chǔ)狀態(tài)，直到接收 到一個(gè)能量釋放的控制信號(hào)。當(dāng)需要釋放能量時(shí)，單元控制器控制電磁離合器12閉合，棘爪16松開，主軸13在 渦簧14彈力的作用下反向轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給傳動(dòng)系統(tǒng)2 ；當(dāng)渦簧箱Wl彈性勢(shì)能 釋放完畢，單元控制器控制電磁離合器12斷開，同時(shí)控制渦簧箱W2的電磁離合器閉合，按 照上述相同的控制過程，依次完成渦簧箱W2和其它渦簧箱中彈性勢(shì)能到電能的釋放。當(dāng)單 元控制器接收到停止釋能指令時(shí)，或所有渦簧箱能量釋放完畢時(shí)，單元控制器控制第一斷 路器斷開。參看圖3，傳動(dòng)系統(tǒng)2是儲(chǔ)能體1與雙饋電機(jī)3之間的剛性連接器件，為兩級(jí)變速 (但不限于僅兩級(jí))傳動(dòng)，其中變速箱6構(gòu)成第一級(jí)變速，高速軸9、齒輪箱8和低速軸7構(gòu) 成第二級(jí)變速。高速軸9用于雙饋電機(jī)3和齒輪箱8之間的連接，齒輪箱8將雙饋電機(jī)3 高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速，通過低速軸7經(jīng)變速箱6后與儲(chǔ)能體1的某一個(gè)主動(dòng)軸5連接。參看圖4，變流器由兩個(gè)共用直流環(huán)節(jié)的交_直-交電壓型PWM三相整流/逆變器組成，即與轉(zhuǎn)子相連的第一全控橋Ql以及和電網(wǎng)相連的第二全控橋Q2，主要用于雙饋電機(jī)3的交流勵(lì)磁，其勵(lì)磁電流的頻率、幅值和相位由單元控制器控制。在雙饋電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電 機(jī)狀態(tài)時(shí)，第一全控橋Ql采用定子磁場(chǎng)定向矢量控制，向雙饋電機(jī)3的轉(zhuǎn)子繞組饋入所需 的勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)定子端口有功功率和無功功率的解耦控制，第二全控橋Q2采用電網(wǎng)電壓 定向矢量控制，控制電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)以及保持雙PWM變流器中間環(huán)節(jié)直流電壓的恒定；在 雙饋電機(jī)3運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，變流器向雙饋電機(jī)3輸入頻率可調(diào)的勵(lì)磁電流，使雙饋電 機(jī)3按同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，并可調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速；雙饋電機(jī)3運(yùn)行于同步調(diào)相機(jī)狀態(tài)時(shí)，通過調(diào)節(jié) 變流器輸出的勵(lì)磁電流大小，調(diào)節(jié)雙饋電機(jī)3輸出的無功功率。參見圖1，中央監(jiān)控器是彈性儲(chǔ)能發(fā)電站的監(jiān)控系統(tǒng)，其通過各單元控制器對(duì)下設(shè) 的各系統(tǒng)單元實(shí)施控制。主要用于接受電網(wǎng)或本地的儲(chǔ)能、發(fā)電和調(diào)相控制指令，對(duì)各單元 控制器發(fā)出相應(yīng)的儲(chǔ)能、發(fā)電和調(diào)相指令，并對(duì)各系統(tǒng)單元的投入順序和同時(shí)投入運(yùn)行數(shù) 量進(jìn)行控制。同時(shí)，負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)單元進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，確保整個(gè)彈性儲(chǔ)能發(fā) 電站運(yùn)行在正常工作狀態(tài)。參見圖5，雙饋電機(jī)3運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)和同步調(diào)相狀態(tài)時(shí)需要經(jīng)歷啟動(dòng)環(huán)節(jié)，本實(shí)用 新型采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng)，轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器可限制電機(jī)3的啟動(dòng)電流并加大啟動(dòng) 轉(zhuǎn)矩。儲(chǔ)能啟動(dòng)時(shí)，單元控制器控制主電磁離合器4和渦簧箱Wl中電磁離合器12閉合，開 關(guān)Kl斷開，K2閉合，然后第二斷路器合閘，電網(wǎng)通過定子繞組給雙饋電機(jī)3勵(lì)磁，按感應(yīng)電 機(jī)方式啟動(dòng)，雙饋電機(jī)3轉(zhuǎn)速將逐漸增加，通過單元控制器測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近 同步速時(shí)，控制開關(guān)K2斷開，Kl閉合，使轉(zhuǎn)子繞組從串頻敏變阻器切換到變流器，并控制變 流器提供直流勵(lì)磁，雙饋電機(jī)3轉(zhuǎn)子被拉入同步后運(yùn)行于同步電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。若需調(diào)節(jié)雙饋 電動(dòng)3轉(zhuǎn)速，控制變流器改變輸出的勵(lì)磁電流頻率即可。本實(shí)用新型作為同步調(diào)相機(jī)運(yùn)行 啟動(dòng)時(shí)，單元控制器控制主電磁離合器4斷開，開關(guān)Kl斷開，K2閉合，然后第二斷路器合閘， 雙饋電機(jī)3啟動(dòng)過程同上。在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，本實(shí)用新型運(yùn)行過程為當(dāng)電網(wǎng)處于低峰負(fù)荷，電能富余時(shí)(如深夜)，彈性儲(chǔ)能發(fā)電站中央監(jiān)控器接受電 網(wǎng)或本地的儲(chǔ)能指令，中央監(jiān)控器就按照預(yù)定的控制規(guī)則給各單元控制器發(fā)出儲(chǔ)能指令。 單元控制器控制主電磁離合器4和渦簧箱Wl中電磁離合器12閉合，開關(guān)Kl斷開，K2閉 合，第二斷路器合間，電網(wǎng)通過定子繞組給雙饋電機(jī)3勵(lì)磁，按感應(yīng)電機(jī)方式啟動(dòng)，雙饋電 機(jī)3轉(zhuǎn)速將逐漸增加，通過單元控制器測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步速時(shí)，控制開關(guān) K2斷開，Kl閉合，使轉(zhuǎn)子繞組從串頻敏變阻器切換到變流器，并控制變流器提供直流勵(lì)磁， 雙饋電機(jī)3轉(zhuǎn)子被拉入同步后運(yùn)行于同步電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，此后，電機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)，來自電網(wǎng)的 電能驅(qū)動(dòng)雙饋電機(jī)3運(yùn)行，并通過傳動(dòng)系統(tǒng)2使儲(chǔ)能體1中渦簧箱Wl的渦簧14擰緊，當(dāng)渦 簧14擰緊到滿位時(shí)，單元控制器控制電磁離合器12斷開，相應(yīng)的棘爪16將渦簧14維持鎖 緊狀態(tài)；電磁離合器12斷開的同時(shí)單元控制器控制渦簧箱W2的電磁離合器閉合，按照上述 相同的控制過程，依次完成電能到彈性勢(shì)能在渦簧箱W2和其它渦簧箱中的儲(chǔ)存。當(dāng)單元控 制器接到停止儲(chǔ)能指令或所有渦簧箱能量儲(chǔ)滿時(shí)，單元控制器控制第二斷路器斷開，直到 接收到一個(gè)能量釋放的控制信號(hào)。當(dāng)電網(wǎng)處于高峰負(fù)荷，電能不足時(shí)(如白天工作時(shí)間)，或電網(wǎng)處于緊急狀態(tài)需要 有功功率支持時(shí)，彈性儲(chǔ)能發(fā)電站中央監(jiān)控器接收電網(wǎng)或本地的發(fā)電命令，中央監(jiān)控器就按照預(yù)定的控制規(guī)則給各單元控制器發(fā)出發(fā)電指令。單元控制器控制主電磁離合器4閉 合，雙饋電機(jī)3工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，控制渦簧箱Wl中電磁離合器12閉合，并控制相應(yīng)的棘 爪16松開，鎖緊的渦簧14釋放彈性能，通過傳動(dòng)系統(tǒng)2帶動(dòng)雙饋電機(jī)3運(yùn)行，同時(shí)控制雙 饋電機(jī)3滿足并網(wǎng)條件時(shí)第一斷路器合閘，使彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)。當(dāng)渦簧箱Wl彈 性勢(shì)能釋放完畢，單元控制器控制電磁離合器12斷開，同時(shí)控制渦簧箱W2的電磁離合器 閉合，按照上述相同的控制過程，依次完成彈性勢(shì)能到電能在渦簧箱W2和其它渦簧箱中的 釋放，實(shí)現(xiàn)彈性能向電能的轉(zhuǎn)換，輸出滿足電能質(zhì)量要求的合格電能，以彌補(bǔ)電網(wǎng)功率的不 足，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)單元控制器接收到停止釋能指令或所有渦簧箱能量釋放完 畢時(shí)，單元控制器控制第一斷路器斷開。 在有“間歇性”電源的地方，電網(wǎng)受間歇式電源固有的“間歇性”和“波動(dòng)性”影響 較大。若在這些地方配套建設(shè)本彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)或彈性儲(chǔ)能發(fā)電站，通過對(duì)其實(shí)時(shí)控制 進(jìn)行快速的儲(chǔ)能與發(fā)電，就能儲(chǔ)存多余的電能并適時(shí)釋放電能，就地平衡減少間歇式電源 對(duì)電力系統(tǒng)的不利影響，有效提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量和并網(wǎng)機(jī)組的自身穩(wěn)定性，提高電網(wǎng)接 納間歇性電源的能力。電力系統(tǒng)主要負(fù)載是異步電動(dòng)機(jī)，而異步電動(dòng)機(jī)需要吸收大量無功功率以供勵(lì)磁 之用。因此，含異步電機(jī)較多的局部電網(wǎng)將負(fù)擔(dān)很大一部分的感性無功電流，這將導(dǎo)致電網(wǎng) 線路損耗和電壓損失增大。當(dāng)局部電網(wǎng)需要本實(shí)用新型運(yùn)行于同步調(diào)相機(jī)狀態(tài)時(shí)，中央監(jiān) 控器接收電網(wǎng)指令，并按照預(yù)定的控制規(guī)則給各單元控制器發(fā)出調(diào)相運(yùn)行指令，單元控制 器跳開主電磁離合器4，并控制雙饋電機(jī)3啟動(dòng)后運(yùn)行于同步調(diào)相機(jī)狀態(tài)，此時(shí)雙饋電機(jī)3 空載運(yùn)行，整個(gè)彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行于同步調(diào)相方式。根據(jù)電網(wǎng)負(fù)載的實(shí)際運(yùn)行情況，調(diào) 節(jié)變流器的輸出以改變雙饋電機(jī)3的勵(lì)磁電流，就可向電網(wǎng)提供或吸收相應(yīng)的無功功率， 從而降低線路損耗，穩(wěn)定接入點(diǎn)電壓。
權(quán)利要求一種電網(wǎng)用彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，它由中央監(jiān)控器和多個(gè)系統(tǒng)單元構(gòu)成，每個(gè)系統(tǒng)單元均由儲(chǔ)能體(1)、傳動(dòng)系統(tǒng)(2)、雙饋電機(jī)(3)、主電磁離合器、變流器、斷路器和單元控制器組成，所述雙饋電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)(2)與儲(chǔ)能體(1)連接，其轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈經(jīng)變流器與電網(wǎng)連接，雙饋電機(jī)(3)的定子線圈經(jīng)斷路器與電網(wǎng)連接；儲(chǔ)能體(1)、傳動(dòng)系統(tǒng)(2)、雙饋電機(jī)(3)、變流器和斷路器的監(jiān)控端均接單元控制器，所述單元控制器通過通訊接口與中央監(jiān)控器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電網(wǎng)用彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述儲(chǔ)能體(1)由多個(gè) 渦簧箱組成，每個(gè)渦簧箱由箱體(17)、片狀渦簧(14)、主軸(13)、棘輪(15)、棘爪(16)、齒 輪(11)、電磁離合器(12)、主動(dòng)軸(5)和軸承(10)組成，所述主軸(13)通過軸承(10)與 箱體(17)連接，其一端通過電磁離合器(12)與主動(dòng)軸(5)相連；所述渦簧(14)的兩端分 別與主軸(13)和箱體(17)連接，所述棘輪(15)固定于主軸(13)上，與之對(duì)應(yīng)的棘爪(16) 固定在箱體(17)上；所述齒輪(11)固定于主動(dòng)軸(5)上，多個(gè)渦簧箱的齒輪(11)依次嚙 合，其中一個(gè)渦簧箱的主動(dòng)軸(5)與傳動(dòng)系統(tǒng)(2)的輸出軸連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述電網(wǎng)用彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述傳動(dòng)系統(tǒng)(2)由 齒輪箱(8)和變速箱(6)構(gòu)成，所述齒輪箱(8)的高速軸(9)通過主電磁離合器(4)與雙 饋電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子連接，低速軸(7)經(jīng)變速箱(6)和儲(chǔ)能體(1)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述電網(wǎng)用彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述變流器由兩個(gè)直流 側(cè)相接的三相電壓型PWM全控橋組成，第一全控橋(Ql)的交流側(cè)接雙饋電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子勵(lì) 磁線圈，第二全控橋(Q2)的交流側(cè)接電網(wǎng)，兩全控橋直流側(cè)還設(shè)置有濾波電容(C)，控制端 接單元控制器。
專利摘要一種電網(wǎng)用彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，用于解決電網(wǎng)的調(diào)峰問題。其技術(shù)方案是，它由中央監(jiān)控器和多個(gè)系統(tǒng)單元構(gòu)成，每個(gè)系統(tǒng)單元均由儲(chǔ)能體、傳動(dòng)系統(tǒng)、雙饋電機(jī)、主電磁離合器、變流器、斷路器和單元控制器組成，所述雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)與儲(chǔ)能體連接，其勵(lì)磁線圈經(jīng)變流器與電網(wǎng)連接，雙饋電機(jī)的定子線圈經(jīng)斷路器與電網(wǎng)連接；儲(chǔ)能體、傳動(dòng)系統(tǒng)、雙饋電機(jī)、變流器和斷路器的監(jiān)控端均接單元控制器，所述單元控制器通過通訊接口與中央監(jiān)控器連接。本實(shí)用新型不僅可大量存儲(chǔ)與釋放電能，而且不受地質(zhì)條件限制，無污染，壽命長，免維護(hù)，為智能電網(wǎng)建設(shè)和大規(guī)?！伴g歇性”電源并入電網(wǎng)提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。
文檔編號(hào)H02J3/28GK201639308SQ20102012698
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者余洋, 段巍, 王璋奇, 米增強(qiáng) 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定)