專利名稱：用于存儲和傳輸電力的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能量存儲和傳輸系統(tǒng)，尤其是DC傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
經(jīng)常期望運輸系統(tǒng)克服長距離并且穿越不存在合適的發(fā)電系統(tǒng)的區(qū)域。直流(DC)傳輸是用于這種長距離的經(jīng)濟電力傳輸?shù)暮线m的傳輸方法。已知DC傳輸系統(tǒng)用于兩個遠程系統(tǒng)之間的能量傳遞。由此，第一轉(zhuǎn)換器(converter)站通常定位為靠近位于DC傳輸線路的一端的發(fā)電單元，并且第二轉(zhuǎn)換器站在負載中心位于DC傳輸線路的另一端。
一些更復(fù)雜的DC傳輸系統(tǒng)包括雙向轉(zhuǎn)換器站并且允許通過雙向轉(zhuǎn)換器站控制電流流動方向。全世界的運輸產(chǎn)生大量的二氧化碳排放并因此對環(huán)境具有負面影響。因此希望為運輸系統(tǒng)(尤其是鐵路車輛)提供來自可再生能源的能量。然而，運輸系統(tǒng)必須高度可靠。相反地，可再生能源是間歇的并且它們的能量輸出量存在波動。此外，運輸系統(tǒng)的電力需求通常也波動，因為車輛經(jīng)常啟動和停止。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種允許補償能量供應(yīng)和需求的波動的能量存儲和傳輸系統(tǒng)。這個目的通過獨立權(quán)利要求來實現(xiàn)。有益的特征定義于從屬權(quán)利要求中。在下面的詳細描述中，另外的目的和優(yōu)點是清楚的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種用于存儲和傳輸電力的系統(tǒng)，包括至少一個存儲系統(tǒng)、至少一個雙向轉(zhuǎn)換器、耦合到網(wǎng)絡(luò)的至少一個負載，其中所述負載適應(yīng)于既從網(wǎng)絡(luò)接收電力又向網(wǎng)絡(luò)提供電力，其中第一存儲系統(tǒng)用于存儲電源的電力，其中第一存儲系統(tǒng)通過DC電力傳輸系統(tǒng)連接到第一雙向轉(zhuǎn)換器，其中第一雙向轉(zhuǎn)換器連接到AC網(wǎng)絡(luò)，且其中AC網(wǎng)絡(luò)連接到
第一負載。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括至少一個能量存儲器以補償至少一個能源的能量輸出變化。因此使得可以把具有波動的能量輸出的能源用于需要無變化的能量供應(yīng)的應(yīng)用。由此，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)實現(xiàn)把可再生能源(例如，太陽能或風力發(fā)電廠)用于這些應(yīng)用而不需要用作能量存儲器的國家或地區(qū)電網(wǎng)。需要無變化的能量供應(yīng)的應(yīng)用包括運輸系統(tǒng)。因此，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)允許運輸系統(tǒng)(例如，鐵路系統(tǒng))的氣候友好的能量供應(yīng)。有益地，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)允許雙向能量流。負載不僅消耗能量，它也可以把能量饋送回該系統(tǒng)。本發(fā)明的其它優(yōu)點在于由負載饋入的能量不僅可在本地存儲，還可以傳遞給DC傳輸系統(tǒng)并且從DC傳輸系統(tǒng)傳遞給另一存儲器。


現(xiàn)在將參照附圖作為示例描述本發(fā)明的實施例，其中
圖I :顯示具有通過中央存儲器連接到DC傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端的電源的存儲和傳輸系
統(tǒng)。 圖2 :顯示具有直接或者通過中央存儲器連接到DC傳輸系統(tǒng)的電源的存儲和傳輸系統(tǒng)。圖3 :顯示具有幾個電源和中央存儲器的存儲和傳輸系統(tǒng)，其中電源和存儲器連接到DC傳輸系統(tǒng)。
具體實施例方式如圖I中所不，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括中央存儲系統(tǒng)CSTl。中央存儲系統(tǒng)連接到電源系統(tǒng)RESll并用于存儲電力，這允許補償電源系統(tǒng)的能量輸出變化。電源系統(tǒng)RESll包括單個電源或幾個電源，其中所述幾個電源被一起管理。優(yōu)選地，該電源系統(tǒng)包括可再生電源，像是風力發(fā)電廠或者太陽能發(fā)電廠。另外，前述中央存儲系統(tǒng)CSTl通過高壓直流電力傳輸系統(tǒng)(以下，稱為HVDC傳輸系統(tǒng))連接到雙向轉(zhuǎn)換器站C0N12、C0N13。HVDC傳輸系統(tǒng)允許長距離的經(jīng)濟電力傳輸，并且不僅針對HVDC鏈路而且針對周圍的電氣系統(tǒng)允許電力流的快速控制。中央存儲系統(tǒng)CSTl通過AC/DC或DC/DC轉(zhuǎn)換器站CONll連接到HVDC傳輸系統(tǒng)，并包括氫存儲器、熔鹽存儲器或抽水(pumped hydro)存儲器。此外，控制器CTRl連接到中央存儲系統(tǒng)CSTl。另外，備用電源BASl通過轉(zhuǎn)換器站CONll連接到HVDC傳輸系統(tǒng)以用于補償可再生電源系統(tǒng)的變化。備用電源包括一個或多個AC或DC電源并且轉(zhuǎn)換器站CONll分別包括AC/DC轉(zhuǎn)換器或DC/DC轉(zhuǎn)換器。上述雙向轉(zhuǎn)換器站C0N12、C0N13連接到AC供電網(wǎng)絡(luò)，并且負載L0A11、L0A12耦合到該AC供電網(wǎng)絡(luò)。作為示例，這些負載是鐵路車輛。鐵路車輛適應(yīng)于既從AC供電網(wǎng)絡(luò)接收電力又向AC供電網(wǎng)絡(luò)提供電力。如圖I中另外所示，AC供電網(wǎng)絡(luò)包括開關(guān)SWll、SW21，開關(guān)SWll、SW21允許把AC供電網(wǎng)絡(luò)分割成子區(qū)。子區(qū)能夠被獨立供電。因此，能夠僅為存在鐵路車輛的子區(qū)提供電力。由此，開關(guān)或子區(qū)中斷器SW11、SW12用于把第一轉(zhuǎn)換器站C0N12和關(guān)聯(lián)的第一負載LOAll耦合到第二轉(zhuǎn)換器站C0N13和關(guān)聯(lián)的第二負載L0A12或者使第一轉(zhuǎn)換器站C0N12和關(guān)聯(lián)的第一負載LOAll與第二轉(zhuǎn)換器站C0N13和關(guān)聯(lián)的第二負載L0A12分離。雙向轉(zhuǎn)換器站CONl2、CONl3包括DC/AC轉(zhuǎn)換器。通過雙向轉(zhuǎn)換器站，一方面，電力被饋入AC供電網(wǎng)絡(luò)例如以使鐵路車輛加速或者保持車輛速度，另一方面，例如在鐵路車輛的減速期間從AC供電網(wǎng)絡(luò)收獲電力。分布式(decentral)能量存儲單元DSTlI、DST12連接到或者集成到這些雙向轉(zhuǎn)換器站C0N12、C0N13以吸收電力。存儲在分布式存儲單元DST11、DST12中的電力能夠被提供給鐵路車輛。分布式存儲單元DST11、DST12可包括電化學(xué)存儲器(例如，電池)、電存儲器(例如，超級電容器)、機械存儲器(例如，飛輪能量存儲器)或者它們的任何組合。從AC供電網(wǎng)絡(luò)收獲的能量也可以被饋送回HVDC傳輸系統(tǒng)并且從HVDC傳輸系統(tǒng)饋送給中央存儲器CSTI。因此，轉(zhuǎn)換器CONlI能夠是雙向轉(zhuǎn)換器。另外，存儲系統(tǒng)CSTl、DSTlI、DST12和/或雙向轉(zhuǎn)換器C0N12、CONl3和/或負載LOAlI、LOA12和/或開關(guān)SWlI、Sff12和 /或網(wǎng)絡(luò)與能量管理系統(tǒng)連接，所述能量管理系統(tǒng)控制系統(tǒng)內(nèi)的能量流。它還可以控制負載L0A11、L0A12的移動和開關(guān)SW11、SW12的開關(guān)操作。在圖2中顯示的替代實施例中，除了主電源之外，另外的電源系統(tǒng)連接到該系統(tǒng)。如圖2中所示，該系統(tǒng)包括連接到電源系統(tǒng)RES21的中央存儲系統(tǒng)CST2。該電源系統(tǒng)RES21包括單個電源或幾個電源，其中所述幾個電源被一起管理。優(yōu)選地，電源系統(tǒng)RES21包括可再生電源，像是風力發(fā)電廠或者太陽能發(fā)電廠。前述中央存儲系統(tǒng)CST2通過HVDC傳輸系統(tǒng)連接到雙向轉(zhuǎn)換器站C0N22、C0N23。由此，中央存儲系統(tǒng)CST2直接以及通過AC/DC或DC/DC轉(zhuǎn)換器站C0N21連接到HVDC傳輸系統(tǒng)。中央存儲系統(tǒng)CST2包括氫存儲器和/或熔鹽存儲器和/或抽水存儲器。此外，控制器CTR2連接到中央存儲系統(tǒng)CST2。此外，備用電源BAS2通過轉(zhuǎn)換器站C0N21連接到HVDC傳輸系統(tǒng)以用于補償可再生電源系統(tǒng)的變化。備用電源可包括一個或多個AC或DC電源并且轉(zhuǎn)換器站C0N21分別包括AC/DC轉(zhuǎn)換器或DC/DC轉(zhuǎn)換器。除了主電源RES21和備用電源BAS2之外，圖2中顯示的本發(fā)明的實施例包括連接到HVDC傳輸系統(tǒng)的另外的電源系統(tǒng)RES22、RES23。所述另外的電源系統(tǒng)能夠以分布式方式定位并且可包括單個電源或幾個電源，其中所述幾個電源被一起管理。電源系統(tǒng)RES22和RES23也可包括可再生電源。上述雙向轉(zhuǎn)換器站C0N22、C0N23連接到AC供電網(wǎng)絡(luò)，并且負載L0A21、L0A22耦合到該AC供電網(wǎng)絡(luò)。作為示例，這些負載是鐵路車輛。鐵路車輛適應(yīng)于既從AC供電網(wǎng)絡(luò)接收電力又向AC供電網(wǎng)絡(luò)提供電力。如圖2中另外所示，AC供電網(wǎng)絡(luò)包括開關(guān)SW21、SW22，開關(guān)SW21、SW22允許把AC供電網(wǎng)絡(luò)分割成子區(qū)。子區(qū)能夠被獨立供電。因此，能夠僅為存在鐵路車輛的子區(qū)提供電力。由此，開關(guān)或子區(qū)中斷器SW21、SW22用于把第一轉(zhuǎn)換器站C0N22和關(guān)聯(lián)的第一負載L0A21耦合到第二轉(zhuǎn)換器站C0N23和關(guān)聯(lián)的第二負載L0A22或者使第一轉(zhuǎn)換器站C0N22和關(guān)聯(lián)的第一負載L0A21與第二轉(zhuǎn)換器站C0N23和關(guān)聯(lián)的第二負載L0A22分離。雙向轉(zhuǎn)換器站C0N22、C0N23包括DC/AC轉(zhuǎn)換器。通過這些雙向轉(zhuǎn)換器站，一方面，電力被饋入AC供電網(wǎng)絡(luò)例如以使鐵路車輛加速或者保持車輛速度，另一方面，例如在鐵路車輛的減速期間從AC供電網(wǎng)絡(luò)收獲電力。分布式能量存儲單元DST21、DST22連接到或者集成到這些雙向轉(zhuǎn)換器站C0N22、C0N23以吸收電力。存儲在分布式存儲單元DST21、DST22中的電力能夠被提供給鐵路車輛。分布式存儲單元DST21、DST22可包括電化學(xué)存儲器(例如，電池)、電存儲器(例如，超級電容器)、機械存儲器(例如，飛輪能量存儲器)或者它們的任何組合。
從AC供電網(wǎng)絡(luò)收獲的能量也可以被饋送回HVDC傳輸系統(tǒng)并且從HVDC傳輸系統(tǒng)饋送給中央存儲系統(tǒng)CST2。因此，中央存儲系統(tǒng)直接連接到HVDC傳輸系統(tǒng)并且轉(zhuǎn)換器C0N21適應(yīng)于允許雙向能量流。另外，存儲系統(tǒng)CST2、DST21、DST22和/或轉(zhuǎn)換器C0N21、C0N22、C0N23和/或負載L0A21、L0A22和/或開關(guān)SW21、SW22和/或網(wǎng)絡(luò)連接到能量管理系統(tǒng)，所述能量管理系統(tǒng)控制系統(tǒng)內(nèi)的能量流。它還可以控制負載L0A21、L0A22的移動和開關(guān)SW21、SW22的開關(guān)操作。在圖3中顯示的另一替代實施例中，電源系統(tǒng)以分布式方式定位。如圖3中所示，中央存儲系統(tǒng)CST3再次通過HVDC傳輸系統(tǒng)連接到雙向轉(zhuǎn)換器站C0N32、C0N33。由此，中央存儲系統(tǒng)CST3直接以及通過AC/DC或DC/DC轉(zhuǎn)換器C0N31連接到HVDC傳輸系統(tǒng)。它包括氫存儲器和/或熔鹽存儲器和/或抽水存儲器。圖3中顯示的實施例包括連接到HVDC傳輸系統(tǒng)的電源系統(tǒng)RES31、RES32。如前所述，這些和另外的電源系統(tǒng)可以以分布式方式定位。它們適應(yīng)于向中央存儲系統(tǒng)CST3提
供能量。電源系統(tǒng)RES31和RES32包括單個電源或幾個電源，其中所述幾個電源被一起管理。優(yōu)選地，電源RES31、RES32包括可再生電源，像是風力發(fā)電廠或者太陽能發(fā)電廠。此外，備用電源BAS3通過轉(zhuǎn)換器站C0N31連接到DC傳輸系統(tǒng)。備用電源可包括一個或多個AC或DC電源并且轉(zhuǎn)換器站C0N31分別包括AC/DC轉(zhuǎn)換器或DC/DC轉(zhuǎn)換器。雙向轉(zhuǎn)換器站C0N322、C0N33連接到AC供電網(wǎng)絡(luò)。負載L0A31和L0A32耦合到該AC供電網(wǎng)絡(luò)。作為示例，這些負載是鐵路車輛。鐵路車輛適應(yīng)于既從AC供電網(wǎng)絡(luò)接收電力又向AC供電網(wǎng)絡(luò)提供電力。如圖3中另外所示，AC供電網(wǎng)絡(luò)包括開關(guān)SW31和SW32，開關(guān)SW31和SW32允許把AC供電網(wǎng)絡(luò)分割成子區(qū)。子區(qū)可以被獨立供電。因此，能夠僅為存在鐵路車輛的子區(qū)提供電力。由此，開關(guān)或子區(qū)中斷器SW31、SW32用于把第一轉(zhuǎn)換器站C0N32和關(guān)聯(lián)的第一負載L0A31耦合到第二轉(zhuǎn)換器站C0N33和關(guān)聯(lián)的第二負載L0A32或者使第一轉(zhuǎn)換器站C0N32和關(guān)聯(lián)的第一負載L0A31與第二轉(zhuǎn)換器站C0N33和關(guān)聯(lián)的第二負載L0A32分離。雙向轉(zhuǎn)換器站C0N32、C0N33包括DC/AC轉(zhuǎn)換器。通過這些雙向轉(zhuǎn)換器站，一方面，電力被饋入AC供電網(wǎng)絡(luò)例如以使鐵路車輛加速或者保持車輛速度，另一方面，例如在鐵路車輛的減速期間從AC供電網(wǎng)絡(luò)收獲電力。分布式能量存儲單元DST31、DST32連接到或者集成到這些雙向轉(zhuǎn)換器站C0N32、C0N33以吸收電力。存儲在分布式存儲單元中的電力能夠被提供給鐵路車輛。分布式存儲單元可包括電化學(xué)存儲器(例如，電池)、電存儲器(例如，超級電容器)、機械存儲器(例如，飛輪能量存儲器)或者它們的任何組合。從AC供電網(wǎng)絡(luò)收獲的能量也可以饋送回HVDC傳輸系統(tǒng)并且從HVDC傳輸系統(tǒng)饋送給中央存儲系統(tǒng)CST3。因此，中央存儲系統(tǒng)直接連接到HVDC傳輸系統(tǒng)并且轉(zhuǎn)換器C0N31適應(yīng)于允許雙向能量流。另外，存儲系統(tǒng)CST3、DST31、DST32和/或轉(zhuǎn)換器C0N31、C0N32、C0N33和/或負載L0A31、L0A32和/或開關(guān)SW31、SW32和/或網(wǎng)絡(luò)與能量管理系統(tǒng)連接，所述能量管理系統(tǒng)控制系統(tǒng)內(nèi)的能量流。它還可以控制負載L0A31、L0A 32的移動和開關(guān)SW31、SW32的開關(guān)操作。
權(quán)利要求
1.一種用于存儲和傳輸電力的系統(tǒng)，包括 至少一個存儲系統(tǒng)， 至少一個雙向轉(zhuǎn)換器， 耦合到網(wǎng)絡(luò)的至少一個負載， 其中所述負載適應(yīng)于既從網(wǎng)絡(luò)接收電力又向網(wǎng)絡(luò)提供電力， -其中第一存儲系統(tǒng)(CST1，…，CST3)用于存儲電源的電力， -其中第一存儲系統(tǒng)(CST1，…，CST3)通過DC電力傳輸系統(tǒng)連接到第一雙向轉(zhuǎn)換器(C0N12, C0N22, C0N32)， -其中第一雙向轉(zhuǎn)換器(C0N12，C0N22, C0N32)連接到AC網(wǎng)絡(luò)， -其中AC網(wǎng)絡(luò)連接到第一負載(L0A11，L0A21, L0A31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)， -其中第二雙向轉(zhuǎn)換器(C0N13，C0N23, C0N33)連接到DC電力傳輸系統(tǒng)， -其中第二雙向轉(zhuǎn)換器(C0N13，C0N23, C0N33)連接到AC網(wǎng)絡(luò)， -其中AC網(wǎng)絡(luò)連接到第二負載(L0A12, L0A22, L0A32)，以及-其中AC網(wǎng)絡(luò)包括開關(guān)(SW11，SW21, SW31)，開關(guān)(SW11，SW21, SW31)用于把第一轉(zhuǎn)換器(C0N12，C0N22, C0N32)和第一負載(L0A11，L0A21, L0A31)耦合到第二轉(zhuǎn)換器(C0N13, C0N23, C0N33)和第二負載(L0A12, L0A22, L0A32)或者使第一轉(zhuǎn)換器(C0N12,C0N22, C0N32)和第一負載(LOAll, L0A21, L0A31)與第二轉(zhuǎn)換器(C0N13, C0N23, C0N33)和第二負載(L0A12, L0A22, L0A32)分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)， -其中 AC 網(wǎng)絡(luò)向例如鐵路車輛(LOAll, L0A21, L0A31, L0A12, L0A22, L0A32)的車輛提供電力。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)， -其中第一存儲系統(tǒng)(CST1，…，CST3)直接和/或通過AC/DC轉(zhuǎn)換器(C0N11，C0N21,C0N31)和/或通過DC/DC轉(zhuǎn)換器(C0N11，C0N21, C0N31)連接到DC傳輸系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)， -其中轉(zhuǎn)換器(C0N11，C0N21, C0N31)是雙向轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)， -其中第一存儲系統(tǒng)(CST1，…，CST3)包括氫存儲器和/或熔鹽存儲器和/或抽水存儲器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)， -其中至少一個第二存儲系統(tǒng)(DST11，DST12, DST21, DST22, DST31, DST32)通過該雙向轉(zhuǎn)換器(C0N12, C0N13, C0N22, C0N23, C0N32, C0N33)之一連接到 AC 網(wǎng)絡(luò)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)， -其中至少一個第二存儲系統(tǒng)(DST11，DST12, DST21, DST22, DST31, DST32)通過該雙向轉(zhuǎn)換器(C0N12，C0N13, C0N22, C0N23, C0N32, C0N33)之一連接到DC傳輸系統(tǒng)并且通過該DC傳輸系統(tǒng)連接到第一存儲系統(tǒng)(CST1，…，CST3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)， -其中存儲系統(tǒng)(DST11，DST12, DST21, DST22, DST31, DST32)包括電化學(xué)存儲器、電存儲器或者機械存儲器。
10.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)， -其中控制器(CTR1，…，CTR3)連接到存儲系統(tǒng)(CST1，…，CST3，DST11, DST12,DST21, DST22, DST31, DST32)。
11.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)， -其中存儲系統(tǒng)(CST1,…，CST3, DST11, DST12, DST21, DST22, DST31, DST32)和/ 或轉(zhuǎn)換器(CONll, CON21, CON31, CON12, CON22, CON32, CON13, CON23, CON33)和 /或負載(LOAll, LOA21, LOA31, LOAl2, L0A22, L0A32)和 / 或開關(guān)(SWll, SW21, SW31)和/或網(wǎng)絡(luò)與能量管理系統(tǒng)連接，所述能量管理系統(tǒng)適應(yīng)于控制能量流。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)， 其中所述能量管理系統(tǒng)適應(yīng)于控制負載的移動和/或開關(guān)(SW11，SW21, SW31, SW12,SW22, SW32)的開關(guān)操作以選擇性地為網(wǎng)絡(luò)的子區(qū)供電。
13.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)， 其中至少一個電源系統(tǒng)(RESll, RES21, RES22, RES23, RES31, RES32)連接到 DC傳輸系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)， 其中電源系統(tǒng)(RES11，RES21, RES22, RES23, RES31, RES32)包括可再生電源，像是風力發(fā)電電源、太陽能發(fā)電電源或者水力發(fā)電電源。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)， 其中至少一個備用電源(BAS1，…，BAS3)連接到DC傳輸系統(tǒng)以用于補償可再生電源(RESll, RES21, RES22, RES23, RES31, RES32)的變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于存儲和傳輸電力的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括至少一個存儲系統(tǒng)、至少一個雙向轉(zhuǎn)換器、耦合到網(wǎng)絡(luò)的至少一個負載，其中所述負載適應(yīng)于既從網(wǎng)絡(luò)接收電力又向網(wǎng)絡(luò)提供電力。第一存儲系統(tǒng)用于存儲電源的電力。第一存儲系統(tǒng)通過DC電力傳輸系統(tǒng)連接到第一雙向轉(zhuǎn)換器。第一雙向轉(zhuǎn)換器連接到AC網(wǎng)絡(luò)并且AC網(wǎng)絡(luò)連接到第一負載。
文檔編號H02J3/30GK102668294SQ201080044002
公開日2012年9月12日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者E.沃爾夫, H.施蒂斯達爾 申請人:西門子公司