帶有中間直流電壓的能量儲存模塊的制作方法
【專利說明】帶有中間直流電壓的能量儲存模塊發(fā)明領域
[0001]本發(fā)明涉及一種帶有直流電壓中間電路的能量儲存模塊以及一種控制上述能量儲存模塊的控制方法。
【背景技術】
[0002]運作一個電力供應系統(tǒng)的能量是由多種不同類型的發(fā)電機供應的。大部分發(fā)電機，比如，核電站，煤電站，天然氣發(fā)電站，風力發(fā)電站，生物發(fā)電站和太陽能發(fā)電站，都是對非本地電力供應系統(tǒng)輸送電力。非本地電力供應系統(tǒng)就是傳輸網絡，比如，在德國，由AMpr1n, 50Hertz，Tennet以及TRANSNETZEnBW。這些傳輸網絡是歐洲網絡的一部分。作為單純性的發(fā)電裝置，在可能的情況下，前面提到的電站無法從電力供應系統(tǒng)中吸收和儲存任何過量的電源。
[0003]然而，電力儲存設備可以用于向電力供應系統(tǒng)吸收和發(fā)送電能。電力儲存設備，例如中心電力儲存設備，比如抽水蓄能電站或者非核心電力儲存設備，如電池組或飛輪儲存設備，例如，抽水蓄能電站是一種電力儲存設備，很大程度收到天氣的影響，因此僅僅是在理論上是可用的。
[0004]中心電力儲存設備總體來說是設計用于大容量的。為了給非本地電力供應系統(tǒng)供電，他們適用于因一個可用的輸出關聯(lián)到在非本地電力供應系統(tǒng)。因為整體尺寸的關系，水電站可以設置100兆瓦甚至更多的輸出，而發(fā)電機，大多設計用來在滿載情況下發(fā)電，因此，可以使用其水電站全部輸出效率。這個操作模式并不適用于穩(wěn)定或提升電力需求，相反，比起水電站的發(fā)電性能來說略有不足。
[0005]集中使用的電池儲能系統(tǒng)是在實現(xiàn)一個引導操作網格穩(wěn)定任務的目的的。他們一直處于計劃中，但是，并不滿足任何本地化任務。然而，由于他們與輸出之間的內在聯(lián)系，能量和板塊，電池是，原則上，不能適用于這些帶有每天很大負載周期和在系統(tǒng)錯誤，溫度過高以及操作失誤時的應用時快速衰退的應用。因此，電池是需要頻繁維護的。他們具有很高的燃燒和華為風險，電池也是一個對環(huán)境和水的威脅，需要大量的保護工作。
[0006]理論上，分散化電池是明知的選擇，尤其對于本地電力需要的穩(wěn)定性來說。并且，不是設計或需要用于控制電力去支持一個非本地電力供應系統(tǒng)。這樣的發(fā)電站不能控制去滿足全部的電力供應系統(tǒng)的需求，一個形成非本地和本地電站的分散化電池的橋梁目前不存在。
[0007]因此，急需一種有效的電力儲存設備。對環(huán)境友好，易于操控并且具有一個大容量，并且能夠起到提升本地輸電網數(shù)量以及為非本地電力供應系統(tǒng)提供一個有保障的，在需要時，發(fā)出一個實質性的命令可以同時實現(xiàn)上述兩種目的。
【發(fā)明內容】
[0008]本發(fā)明的目的是產生一種電力儲備裝置，它是高效的，環(huán)境安全的，并可以被輕易的控制，包含較大容量，能夠使同時獲得本地輸電網質量以及非本地電力供應系統(tǒng)供應保障的提升成為了可能，并因而可以作為能量存儲系統(tǒng)來運行，并能有效的實現(xiàn)上述兩種目的。
[0009]此任務的解決方法是通過一個電力儲備模塊以機械旋轉能的形式可逆的儲存電能，包括多個飛輪儲能單元，至少一個控制系統(tǒng)以及至少一個模塊控制單元，其中飛輪儲能單元通過一個公共的直流電壓中間電路進行并聯(lián)的電連接，控制系統(tǒng)是通過單獨的輸出側連接到直流電壓中間電路，并通過單獨的輸出側，連接至少一個外部的輸電網絡，，其中模塊控制單元用于向飛輪儲能單元傳輸適當?shù)念A設的扭矩來釋放電力至直流電壓中間電路和從直流電壓中間電路吸收電力，并且，至少一個控制系統(tǒng)是設計成用來控制直流電壓中間電路的直流電壓，以至于當電能向一個輸電網絡或系統(tǒng)輸出以及當電能從輸電網絡和系統(tǒng)輸入時，直流電壓可以在一個高的門限值和一個低的門限值之間，保持基本穩(wěn)定。
[0010]通過使用飛輪儲能單元，電能被儲存在一個機械旋轉能中，這個形式的能量儲備并不要求任何機械或可燃物質。所以，這種儲能裝置不會對環(huán)境的水造成任何的危險。由于飛輪儲能單元是用過一個直流電壓中間電路來連接電能的，因此一個常規(guī)的模塊儲能能量和一個常見的用于儲能裝置的電能輸出模塊都可以從獨立的儲能電源和單獨的飛輪輸出單元添加到一個簡單的裝置中。理論上，任何飛輪儲能單元又可以通過直流電壓中間電路來接入，模塊容量和模塊輸出可以滿足需要，理論上，可以按任何比例縮小。一個大容量的電力儲存裝置，提升本地的輸電量(比如直流網絡)，使它有可能滿足非本地電力供應系統(tǒng)的要求。通過在常規(guī)的直流電壓中間電路中使用直流電壓，有關控制的問題變得迎刃而解，例如同步，就變得沒有必要了。相比使用幾個小的電力供應換流器，僅僅使用一個大的電力供應換流器作為控制系統(tǒng)同樣會讓電力損失更小，例如，所有的飛輪儲能單元都分別通過他滿各自的換流器連接到一個電力供應網絡上。也就是說，相對于使用多個小的電力供應換流器，使用僅僅一個大的電力供應換流器，是更富效率的。
[0011]發(fā)明描述的儲能模塊作為電力儲蓄裝置可以實現(xiàn)兩種目的。儲能模塊可以被進一步的有效操控，因為供電模塊和輸出模塊可以通過飛輪儲能單元的數(shù)量來用于不同的需求，它被連接到直流電壓中間電路，由于未使用的外部的電量可以因此而被拒收。直流電壓中間電路到一個中心直流電壓的控制可以被輕易實現(xiàn)，簡化了電力儲存單元的整體控制環(huán)節(jié)。另外，一個錯誤冗余，阻止了，由于飛輪儲能單元的故障，儲能模塊控制以及系統(tǒng)任務的可用性是非常繁重的，在連接的電力儲存系統(tǒng)中更多是通過飛輪儲能單元電子通道排序的。理論上的直流電壓依賴于相連的電力供應系統(tǒng)并且，經常組合應用于儲能模塊中。當接入一個抵押系統(tǒng)時，直流電壓中間電路的一個技術敏感的區(qū)域在500V到1000V之間。更低的極限低壓系統(tǒng)的低壓水平來最終確定，而上限，是由所使用的儲能模塊的技術特征最終確定。出于技術和經濟原因，理論上的直流電壓的中間電壓系統(tǒng)或帶有中間電路的直流電壓系統(tǒng)也可以有其他的價值，朝向著這些系統(tǒng)的電壓水平。在一個示范性的實施例中，直流電壓中間電路的電壓在750V±5V以內。
[0012]根據(jù)發(fā)明所表述的儲能模塊，可以被用于本地的任意位置，可以快速反應且錯誤率低。
[0013]儲能模塊因此被設計用于連接一個外部的電力網絡中，比如本地或非本地的系統(tǒng)，響應一個適合的，具體的控制系統(tǒng)，當然，也可以通過一個控制系統(tǒng)來響應一個或多個本地的或非本地的系統(tǒng)。電能輸送如外部的電力網絡或系統(tǒng)時，或從這些系統(tǒng)中吸收電能時，也可以是特殊的控制模塊控制的特殊扭矩的系統(tǒng)。
[0014]這些特定扭矩是基于控制和系統(tǒng)任務的?？刂坪拖到y(tǒng)任務是分為本地控制和系統(tǒng)任務以及非本地控制和非本地系統(tǒng)任務。為了執(zhí)行非本地和本地的控制和系統(tǒng)任務，儲能模塊可以被直接鏈接到一個非本地的電力供應系統(tǒng)以及一個或多個本地的電力供應系統(tǒng)，或者也可以通過一個本地電力供應系統(tǒng)直接連接到一個非本地的電力供應系統(tǒng)，當然，本地電力系統(tǒng)本身是要連接到一個非本地的電力供應系統(tǒng)上的。
[0015]根據(jù)發(fā)明或者飛輪儲存單元，儲能模塊并不是一個當主要的電力供應中斷時輸出電力的緊急的電力供應裝置。然而，控制連接電力供應裝置的電能時從連接的電力供應系統(tǒng)中吸收或電能被補充到這些系統(tǒng)中。在發(fā)明中，儲能模塊通過飛輪儲能單元的操作方式并不受到時間間隔的限制，這在不同的系統(tǒng)當中是不存在的，但是被設計用于一個持續(xù)的本地輸電網絡以及為非本地電力供應系統(tǒng)進行供電。尤其是，如果中間電路電壓下降到一個固定值，飛輪儲能單元發(fā)送電能給直流電壓供應中間電路進行供電。當連接的電力供應系統(tǒng)仍然連接到所有的重要的供電系統(tǒng)。
[0016]模塊控制單元使能量儲存模塊去執(zhí)行本地或非本地電力供應系統(tǒng)的不同的控制和系統(tǒng)任務成為可能，這些是分開連接的，如果需要，也可以推動本地電力供應網絡和非本地電力供應網絡的一個關聯(lián)的進步。本地控制和系統(tǒng)任務，比如，線電壓的確保工作，通過控制頻率和電壓相位來對閑置的電力進行補償，為大型耗電用戶進行的本地電力保留，那些可能會假如或開啟本地電力儲備的。非本地控制和系統(tǒng)任務，參照本地控制和系統(tǒng)任務，例如，主要或次要的控制電源的任務?？刂齐娫创_保了電力供應系統(tǒng)在不可預見的情況下的系統(tǒng)的穩(wěn)定。出于該目的，電源適配器可以被拿出來短暫查看，如果可控電站和快速啟動電站或者儲能裝置，比如根據(jù)本發(fā)明所述的電力儲備模塊，是可用的。如果電力故障，非本地的控制和系統(tǒng)任務也是可以修復的，比如非本地電力供應系統(tǒng)的峰值的和閑置時。更多本地和非本地的控制系統(tǒng)是富余的，在電力供應和能量供應商，這些已經是存在了，以及一個限制的管理。
[0017]非本地電力供應系統(tǒng)向直流輸電網供電，直流供電網延伸到一個非常廣闊的區(qū)域，其中，非本地控制和系統(tǒng)任務唄完成。非本地電力供應系統(tǒng)是電力或分支網絡，例如(公共電力供應系統(tǒng))。公共電力供應系統(tǒng)在德國是由3個傳輸網絡組成，由AMpr1n, 50Hertz，Tennet以及TRANSNETZEnBW。這四個電力網絡一起組成了德國的電力供應網。這包含了地區(qū)的分支網絡。在其他國家，聯(lián)合傳輸網絡被其他的系統(tǒng)控制器控制。這個電力供應系統(tǒng)的頻率被保持穩(wěn)定(頻率控制)。更高的歐洲供電網絡在各國同樣被視為是非本地電力供應網絡，然而，只有控制電量的標準被確定。非本地控制和系統(tǒng)任務在各自的電力供應系統(tǒng)中被完成。例如，一個直流輸電網，其前述本地控制盒系統(tǒng)任務完成了，同樣被定義為發(fā)明中的本地電力供應系統(tǒng)。原則上，本地電力供應系統(tǒng)是有限的，例如，一個室內的電力供應系統(tǒng)在一個工業(yè)生產設備或一個有一個屋子或一些建筑的電力供應系統(tǒng)。
[0018]控制系統(tǒng)控制著電流在一個活更多連接的電壓系統(tǒng)中的流動，以及能量儲存模塊中的飛輪儲能單元?？刂葡到y(tǒng)因此控制著中間電路的直流電壓，恒定于一個直流電壓，例如750Vo
[0019]“基本恒定”的意思是直流電壓可以在一個很小的范圍內浮動，比如±5V。一個控制系統(tǒng)常?？刂浦@樣的中間電路的直流電壓在一個理想的范圍。當然，波動的幅度往往比前面提到的要大?？刂葡到y(tǒng)掌握著這樣的控制，使用外部的輸電網絡或者外部的輸電網絡，取決于電流方向，是一個不枯竭的現(xiàn)有資源(向飛輪儲能模塊充電)或者因直流電壓中間電流外部干涸。出于此目的，合適的控制系統(tǒng)組成I個或更多的電力供應逆變器或步進
/步退逆變器。
[0020]如果本地或非本地電力供應系統(tǒng)是僅僅是以一個常規(guī)方式連接在能量儲存模塊上，那么由能量儲存模塊供應的電能只可以被輸送到有大的需電量的外部電力供應系統(tǒng)中。然而，本地和非本地控制盒系統(tǒng)任務肯呢過不再根據(jù)任務分配以一個直接的方式被執(zhí)行?？刂葡到y(tǒng)以模塊控制單元提供的方式控制電能流向所連接的外部輸電網。在一個具體的實施例中，控制系統(tǒng)同樣由能量儲存模塊提供的方式來連接一個活多個所連接的外部輸電網