專利名稱：基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功率平抑系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)電現(xiàn)今已成為公認(rèn)能夠大規(guī)模開發(fā)的清潔能源，要降低電網(wǎng)碳排量，必須大力發(fā)展風(fēng)電。但風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)是間歇性和不穩(wěn)定性，為保證風(fēng)能資源的有效利用，風(fēng)場中設(shè)置有大容量儲能裝置以存儲風(fēng)電。在風(fēng)力發(fā)電受到風(fēng)速的影響而快速波動時，大容量儲能 裝置顯然無法完成快速調(diào)節(jié)的作用，不能達(dá)到平抑波動性的要求，進(jìn)而影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，造成諧波污染。在風(fēng)場中加裝超級電容儲能裝置與大容量儲能裝置聯(lián)合控制，能夠?qū)崿F(xiàn)平抑風(fēng)場輸出功率的作用，使得風(fēng)場輸出功率可以隨電網(wǎng)功率的變化快速調(diào)節(jié)。風(fēng)力發(fā)電的儲能控制技術(shù)是前景光明的一項(xiàng)技術(shù)，風(fēng)電波動性大且具有反調(diào)峰特性，風(fēng)電的反調(diào)峰特性體現(xiàn)在在白天負(fù)荷高峰期，風(fēng)速相對較小，風(fēng)力發(fā)電相對較少；在夜晚負(fù)荷低谷期，風(fēng)速相對較高，風(fēng)力發(fā)電相對較多。所以在夜晚儲能，白天發(fā)電就能改變這種現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的有效利用?，F(xiàn)今，存在各種風(fēng)電儲能裝置，例如抽水蓄能，壓縮空氣儲能，電磁儲能等，這些儲能方法很好的解決了風(fēng)電反調(diào)峰特性所帶來的資源浪費(fèi)問題，但是這些大容量儲能裝置對風(fēng)功率的調(diào)節(jié)受風(fēng)能間歇性和空間分布不平衡的影響很大，且不能實(shí)現(xiàn)快速平抑功率，風(fēng)電的波動性仍沒有有效解決，雖然存在風(fēng)場完全利用超級電容儲能的方案，但是成本高昂，無法真正應(yīng)用到實(shí)際，風(fēng)電并網(wǎng)的最大障礙仍然存在。本文提出的超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)可以很好的解決風(fēng)資源浪費(fèi)和功率波動大的這一問題，并且使用小容量的超級電容儲能裝置，降低成本，從而解決風(fēng)電并網(wǎng)問題，降低電網(wǎng)碳排放。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對風(fēng)力發(fā)電的反調(diào)峰特性、快速波動性和功率預(yù)測誤差特性，提出了一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括超級電容儲能裝置、大容量儲能裝置和風(fēng)場輸出功率檢測單元;其中，所述風(fēng)場輸出功率檢測單元分別與風(fēng)電場和電網(wǎng)連接，用于檢測風(fēng)電場的輸出功率；所述超級電容儲能裝置與風(fēng)機(jī)相連并通過所述風(fēng)場輸出功率檢測單元與電網(wǎng)連接，用于平抑風(fēng)電小波動；所述大容量儲能裝置與風(fēng)機(jī)相連并通過所述風(fēng)場輸出功率檢測單元與電網(wǎng)連接，用于承擔(dān)風(fēng)場與電網(wǎng)之間的功率差額。所述超級電容儲能裝置包括脈沖寬度調(diào)制PWM變流器、buck-boost斬波電路和超級電容儲能器以及電量監(jiān)測單元。所述大容量儲能裝置，包括儲氣井、第一閥門、高壓氣泵、第二閥門、第三閥門、第四閥門、上水倉、水輪機(jī)、下水倉、高壓水泵和氣體發(fā)生器；所述儲氣井分別與所述第一閥門和第二閥門連接；所述第一閥門與所述高壓氣泵連接；所述高壓氣泵分別與所述第三閥門和第四閥門連接；所述第三閥門與所述氣體發(fā)生器連接；所述第四閥門與所述上水倉連接；所述上水倉與下水倉分別通過水輪機(jī)和高壓水泵連接。所述大容量儲能裝置包括兩種運(yùn)行方式；所述運(yùn)行方式包括熱備用方式和冷備用方式。所述脈沖寬度調(diào)制PWM變流器包括兩種運(yùn)行狀態(tài)；所述狀態(tài)包括逆變狀態(tài)和整流狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果包括以下幾方面I、本發(fā)明將風(fēng)能以大氣壓能的形式進(jìn)行存儲，與超級電容配合控制，解決風(fēng)功率波動大、浪費(fèi)的問題，大幅度地提高了本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)效益。2、本發(fā)明將儲能裝置與超級電容裝置封裝組合式功率平抑系統(tǒng)，作為風(fēng)場的配套實(shí)施，所發(fā)電能按照風(fēng)電價格上網(wǎng)，提高風(fēng)場的經(jīng)濟(jì)效益，且能夠降低蓄能電站的電能大量消耗和損耗，有利于提高電網(wǎng)的供電負(fù)荷維持在穩(wěn)定水平，改善供電質(zhì)量。3、本發(fā)明使用小容量超級電容，電容部分只承擔(dān)快速平抑功率波動的作用，可以大幅度地降低設(shè)備的制造成本。4、本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)就地安裝和掩埋，不需要特定的地勢條件，降低了建設(shè)難度，減少建設(shè)成本。


圖I是本發(fā)明提供的一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)不意圖；圖2是本發(fā)明提供的一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)的大容量儲能裝置結(jié)構(gòu)圖；
圖3是本發(fā)明提供的一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)的超級電容儲能裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明提供的一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)的工作流程圖；其中，圖(a)為超級電容儲能裝置的工作流程圖；圖(b)為大容量儲能裝置的工作流程圖；其中，I-風(fēng)機(jī)；2_超級電容儲能裝置；3_大容量儲能裝置；4_風(fēng)場輸出功率檢測單元；5-電網(wǎng)；6_儲氣井；7-第一閥門；8_高壓氣泵；9_第二閥門；10_第三閥門；11_第四閥門；12-上水倉；13-水輪機(jī)；14-下水倉；15-高壓水泵；16-氣體發(fā)生器；17-脈沖寬度調(diào)制PWM變流器；18-buck-boost斬波電路；19_超級電容儲能器；20_電量監(jiān)測單元。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
圖I是本發(fā)明提供的一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。圖I中，一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)包括超級電容儲能裝置、大容量儲能裝置和風(fēng)場輸出功率檢測單元；所述風(fēng)場輸出功率檢測單元分別與風(fēng)電場和電網(wǎng)連接；所述超級電容儲能裝置作為風(fēng)電場的內(nèi)部設(shè)施分別與風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)連接；所述大容量儲能裝置作為風(fēng)電場的內(nèi)部設(shè)施分別與風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)連接。圖2是本發(fā)明提供的一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)的大容量儲能裝置結(jié)構(gòu)圖。圖2以虛擬高差抽水蓄能裝置為例，大容量儲能裝置包括儲氣井、第一閥門、高壓氣泵、第二閥門、第三閥門、第四閥門、上水倉、水輪機(jī)、下水倉、高壓水泵和氣體發(fā)生器；所述儲氣井分別與所述第一閥門和第二閥門連接；所述第一閥門與所述高壓氣泵連接；所述高壓氣泵分別與所述第三閥門和第四閥門連接；所述第三閥門與所述氣體發(fā)生器連接；所述第四閥門與所述上水倉連接；所述上水倉與下水倉分別通過水輪機(jī)和高壓水泵連接。圖3是本發(fā)明提供的一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系 統(tǒng)的超級電容儲能裝置結(jié)構(gòu)示意圖。所述超級電容儲能裝置包括脈沖寬度調(diào)制PWM變流器、buck-boost斬波電路、超級電容儲能器和電量監(jiān)測單元。圖4是本發(fā)明提供的一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)的工作流程圖；其中，圖(a)為超級電容儲能裝置的工作流程圖；圖(b)為大容量儲能裝置的工作流程圖。圖(a)中具體過程包括以下兩種情況a :風(fēng)電場輸出功率低于電網(wǎng)給定功率下限值時在風(fēng)場輸出功率檢測單元4監(jiān)測到風(fēng)電場輸出功率低于電網(wǎng)5給定功率時，發(fā)送功率調(diào)整命令到超級電容儲能裝置2。超級電容儲能裝置2根據(jù)風(fēng)電場輸出功率與電網(wǎng)給定功率之間的差額快速調(diào)整充/放電功率，調(diào)高放電功率或降低充電功率。脈沖寬度調(diào)制PWM變流器17根據(jù)超級電容儲能裝置的工作狀態(tài)分別處于逆變/整流狀態(tài)，buck-boost斬波電路控制超級電容充/放電，并使直流電壓保持恒定，超級電容儲能器19進(jìn)行少時的充/放電。b :風(fēng)電場輸出功率高于電網(wǎng)給定功率上限值時在風(fēng)場輸出功率檢測單元4監(jiān)測到風(fēng)電場輸出功率高于電網(wǎng)給定功率時，由功率檢測單元發(fā)動功率調(diào)整命令到超級電容儲能裝置2。超級電容儲能裝置2根據(jù)風(fēng)電場輸出功率與電網(wǎng)給定功率之間的差額快速調(diào)整充/放電功率。調(diào)高充電功率或降低發(fā)電功率，脈沖寬度調(diào)制PWM變流器17根據(jù)超級電容儲能裝置的工作狀態(tài)分別處于在整流/逆變狀態(tài),buck-boost斬波電路控制超級電容充/放電，并使直流電壓保持恒定，超級電容儲能器19進(jìn)行少時的充/放電。圖(b)中具體過程包括以下四種情況a :當(dāng)超級電容儲能器中電量達(dá)到下限閾值時并且大容量儲能裝置未啟動時當(dāng)電量監(jiān)測單元20監(jiān)測到超級電容儲能器19中剩余電量達(dá)到下限閾值，并且大容量儲能裝置3處于冷備用時，向大容量儲能裝置3發(fā)送命令，令大容量儲能裝置3發(fā)電。第二閥門9打開，第一閥門7、第三閥門10和第四閥門11閉合，儲氣井6中的氣體迫使上水倉12中的水經(jīng)由水輪機(jī)13流向下水倉14，此時水輪機(jī)13發(fā)電，發(fā)電功率由超級電容儲能裝置2放電過程中的平均功率設(shè)定，彌補(bǔ)風(fēng)電場輸出和電網(wǎng)給定功率之間的差額并且使超級電容儲能器19中的電量恢復(fù)至正常范圍內(nèi)。b :當(dāng)超級電容儲能器中電量達(dá)到下限閾值時并且大容量儲能裝置已啟動時當(dāng)電量監(jiān)測單元20監(jiān)測到超級電容儲能器19中剩余電量達(dá)到下限閾值，并且大容量儲能裝置3處于熱備用時，向大容量儲能裝置3發(fā)送命令，令大容量儲能裝置3做出發(fā)電功率調(diào)整，即水輪機(jī)13進(jìn)行發(fā)電功率調(diào)整，發(fā)電功率變化量由超級電容儲能裝置2放電過程中的平均功率設(shè)定，彌補(bǔ)風(fēng)電場輸出和電網(wǎng)給定功率之間的差額并且使超級電容儲能器19中的電量恢復(fù)至正常范圍內(nèi)。
c :當(dāng)超級電容儲能器中電量達(dá)到上限閾值時并且大容量儲能裝置未啟動時當(dāng)量監(jiān)測單元20監(jiān)測到超級電容儲能器19中剩余電量達(dá)到上限閾值，并且大容量儲能裝置3處于冷備用時，向大容量儲能裝置3發(fā)送命令，令大容量儲能裝置3儲能，第二閥門9打開，第一閥門7、第三閥門10和第四閥門11閉合，電動機(jī)帶動氣體發(fā)生器16運(yùn)轉(zhuǎn)，將下水倉14中的水抽取到上水倉12中，隨著上水倉12中水位的升高，氣體不斷進(jìn)入到儲氣井6，迫使儲氣井6中的壓強(qiáng)逐漸升高。這個過程就將電能轉(zhuǎn)化為大氣壓能進(jìn)行存儲，儲能功率由圖I中超級電容儲能裝置2儲能過程中的平均功率設(shè)定，并且使超級電容儲能器19中的電量恢復(fù)至正常范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)電能存儲過程。d :當(dāng)超級電容儲能器中電量達(dá)到上限閾值時并且大容量儲能裝置已啟動時當(dāng)量監(jiān)測單元20監(jiān)測到超級電容儲能器19中剩余電量達(dá)到上限閾值，并且大容量儲能裝置3處于熱備用時，向大容量儲能裝置3發(fā)送命令，令大容量儲能裝置3做出儲能/發(fā)電功率調(diào)整，即氣體發(fā)生器16水輪機(jī)13進(jìn)行儲能/發(fā)電功率調(diào)整，儲能功率或功率變化量由超級電容儲能裝置2儲能過程中的平均功率設(shè)定，將由于風(fēng)速加大而產(chǎn)生高于電網(wǎng)功率的電能進(jìn)行儲存，并且使超級電容儲能器19中的電量恢復(fù)至正常范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)電能存儲過程。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括超級電容儲能裝置、大容量儲能裝置和風(fēng)場輸出功率檢測單元； 其中，所述風(fēng)場輸出功率檢測單元分別與風(fēng)電場和電網(wǎng)連接，用于檢測風(fēng)電場的輸出功率; 所述超級電容儲能裝置與風(fēng)機(jī)相連并通過所述風(fēng)場輸出功率檢測單元與電網(wǎng)連接，用于平抑風(fēng)電小波動； 所述大容量儲能裝置與風(fēng)機(jī)相連并通過所述風(fēng)場輸出功率檢測單元與電網(wǎng)連接，用于承擔(dān)風(fēng)場與電網(wǎng)之間的功率差額。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)，其特征在于，所述超級電容儲能裝置包括脈沖寬度調(diào)制PWM變流器、buck-boost斬波電路和超級電容儲能器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)，其特征在于，所述大容量儲能裝置包括儲氣井、第一閥門、高壓氣泵、第二閥門、第三閥門、第四閥門、上水倉、水輪機(jī)、下水倉、高壓水泵和氣體發(fā)生器；所述儲氣井分別與所述第一閥門和第二閥門連接；所述第一閥門與所述高壓氣泵連接；所述高壓氣泵分別與所述第三閥門和第四閥門連接；所述第三閥門與所述氣體發(fā)生器連接；所述第四閥門與所述上水倉連接；所述上水倉與下水倉分別通過水輪機(jī)和高壓水泵連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)，其特征在于，所述大容量儲能裝置包括兩種運(yùn)行方式；所述運(yùn)行方式包括熱備用方式和冷備用方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖寬度調(diào)制PWM變流器包括兩種運(yùn)行狀態(tài)；所述狀態(tài)包括逆變狀態(tài)和整流狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了功率平抑系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)。其技術(shù)方案是，一種基于超級電容和大容量儲能裝置的組合式功率平抑系統(tǒng)所述系統(tǒng)包括超級電容儲能裝置、大容量儲能裝置和風(fēng)場輸出功率檢測單元；所述風(fēng)場輸出功率檢測單元分別與風(fēng)電場和電網(wǎng)連接；所述超級電容儲能裝置與風(fēng)機(jī)相連并通過所述風(fēng)場輸出功率檢測單元與電網(wǎng)連接；所述大容量儲能裝置與風(fēng)機(jī)相連并通過所述風(fēng)場輸出功率檢測單元與電網(wǎng)連接。本發(fā)明將風(fēng)能以大氣壓能的形式進(jìn)行存儲，與超級電容配合控制，解決風(fēng)功率波動大的問題，大幅度地提高了本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號H02J3/28GK102832634SQ20121031097
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者姜彤, 王靜然, 馬嫻, 陳偉麗, 畢經(jīng)天 申請人:華北電力大學(xué)