一種電場功率調節裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種電場功率調節裝置，將風光電廠的電能儲存和發送，該裝置包括分別與儲能單元、卸能單元和低電壓穿越控制單元連接的驅動單元，驅動單元與電源輸入單元中的風光電廠電能輸出端連接，卸能單元依次與發電單元和電源輸出單元連接，其改進之處在于，儲能單元的海拔高度高于卸能單元的海拔高度，儲能單元和卸能單元之間設有纜車輸送單元，儲能單元和卸能單元通過纜車輸送單元傳輸重物以實現電能的儲存和發送。和現有技術比，本實用新型提供的電場功率調節裝置，能量轉換效率高，充/放電速度控制靈活，能量儲存容量大，建設成本和維護費用都較低，生態友好。
【專利說明】一種電場功率調節裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電場功率調節裝置，具體涉及一種搬運重物儲能的風電場功率調節裝置。
【背景技術】
[0002]風能是因空氣流做功而提供給人類的一種可利用的能量，屬于可再生能源。空氣流具有的動能稱風能，空氣流速越高，動能越大。風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量巨大，全球的風能約為2.74X10~9MW，其中可利用的風能為2X 10~7麗，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風力在一年內所提供能量的三分之一，因此，國內外都很重視利用風力來發電。
[0003]現在，人們用風車把風的動能轉化為旋轉的動作去推動發電機，以產生電力，到2008年為止，全世界以風力產生的電力約有94.1百萬千瓦，供應的電力已超過全世界用量的1%。風能雖然對大多數國家而言還不是主要的能源，但在1999年到2005年之間已經成長了四倍以上。
[0004]在我國，現在已有不少成功的中、小型風力發電裝置在運轉。我國的風力資源極為豐富，絕大多數地區的平均風速都在每秒3米以上，特別是東北、西北、西南高原和沿海島嶼，平均風速更大；有的地方，一年三分之一以上的時間都是大風天。在這些地區，發展風力發電是很有前途的。
[0005]風能的輸出功率具有隨機性、間歇性和波動性的固有特點，難以根據大電網的指令進行調節。具體表現在:
[0006]I)特別是風電，還具有反調峰特性.夜晚用電負荷變小，發電功率反而變大；
[0007]2)在大電網電壓下降時，沒有儲能裝置的風電場不僅難以增大有功和無功功率輸出來支持大電網電壓恢復，反而會因為定子端電流過大而從大電網斷開，導致大電網的電壓再次下降；
[0008]3)風電場的功率短時間波動還會造成電網電壓頻率波動的問題。基于以上原因，大電網視風電為“垃圾電”，不愿吸納更多的風電，造成大規模棄風現象。
[0009]因此，需要開發帶有儲能設備的功率調節裝置，該裝置可以根據大電網的調度指令，快速調節風電場的有功功率和無功功率。
[0010]目前常用的儲能方式有:蓄電池，飛輪儲能，空氣壓縮能和抽水蓄能等。前三種方法由于存在成本過高，壽命太短，功率反應速度偏慢等問題，短期內無法得到大規模應用。抽水蓄能法的應用比較成熟，我國已建成多個抽水蓄能電站。但該儲能方法需要有落差的水源，并具備修建水庫的地質條件。然而，風電廠、光電廠多位于干旱的山區或半山區，無法建造抽水蓄能電站。
實用新型內容[0011]針對現有技術的不足，本實用新型提供了一種電場功率調節裝置，能量轉換效率高，充/放電速度控制靈活，能量儲存容量大，建設成本和維護費用都較低，生態友好。
[0012]本實用新型的目的是采用下述技術方案實現的:
[0013]本實用新型提供的一種電場功率調節裝置，將風光電廠的電能儲存和發送，所述裝置包括分別與儲能單元、卸能單元和低電壓穿越控制單元連接的驅動單元，所述驅動單元與電源輸入單元中的風光電廠電能輸出端連接，所述卸能單元依次與發電單元和電源輸出單元連接，其改進之處在于:所述儲能單元的海拔高度高于卸能單元的海拔高度，所述儲能單元和卸能單元之間設有纜車輸送單元，所述儲能單元和卸能單元通過纜車輸送單元傳輸重物以實現電能的儲存和發送。
[0014]其中，所述驅動單元包括電動機和轉動輪，所述轉動輪分別設置在纜車輸送單元的兩端并與電動機連接；在所述儲能單元端的轉動輪和電動機之間設有功率調節器。
[0015]其中，所述電源輸入單元包括變壓器，所述風光電廠輸出的電能經變壓器調節后通過輸電線路和輸電桿塔與所述驅動單元的電動機連接。
[0016]其中，所述電源輸出單元包括大電網和變壓器，所述卸能單元端的電動機輸出的電能經變壓器調節后通過輸電線路和輸電桿塔與大電網連接。
[0017]其中，所述儲能單元和卸能單元分別包括重物堆放地和重物自動裝卸裝置。
[0018]其中，所述纜車輸送單元包括纜車、承載索、承載塔、卡件、支架和滑輪；所述纜車通過卡件與承載索固結在一起，所述纜車的重心和所固結的承載索的卡件處于同一鉛垂線上。
[0019]其中，所述承載索與支架之間通過滑輪連接。
[0020]其中，所述驅動單元的轉動輪設有溝槽，所述承載索設置在所述溝槽內。
[0021]其中，所述重物設置在纜車內，通過調節所述重物的質量和其下降/上升的速度控制有功功率的輸出/輸入；通過調節所述電動機的功率角控制無功功率的輸出。
[0022]與現有技術相比，本實用新型達到的有益效果是:
[0023]1、能量轉換效率高。
[0024]本裝置將電能轉換為機械能，再有機械能轉換為電能，以目前的電工技術水平，該轉換效率可達80%以上，在能量儲存期間，重物靜止于原地，沒有額外能量損耗。
[0025]2、充/放電速度控制靈活。
[0026]本裝置通過控制重物上升/下降的速度即可控制充電/放電的功率，控制方法非常簡單，而且反應速度也很快，因此，尤其有利于解決的風/光電發電機組的低電壓穿越問題。
[0027]3、能量儲存容量大。
[0028]當重物的密度為5噸/米3、堆放場的長寬均為400米、堆放高度為20米、高低堆放場的落差為200米時,本裝置可儲存的電能為8.889*106千瓦小時，已經超過了我國天荒坪抽水蓄能電站的電能存儲量。
[0029]4、生態友好。
[0030]本裝置不需要截斷河流，不會破壞生態環境；在能量轉換過程中幾乎無廢氣排放，無電磁污染。在重物的裝載荷、傳送和卸載過程中可能會有一定的噪音污染，但風/光電廠多位于人跡罕至的荒涼地帶，該污染不會帶來嚴重的問題。[0031 ] 5、建設成本和維護費用都較低。
[0032]本裝置中的重物可就地取材，砂石即可；纜車、鐵索等均為為成熟的技術，建設成本可以接受；本裝置所需的重物在儲能過程中幾乎不會發生損耗，只要維護傳送裝置和裝卸載裝置即可，維護費用不大。
[0033]6、規模容易控制。
[0034]當本裝置的儲能規模較小時，可以解決風電場短時間內功率波動的問題，并提高它的低電壓穿越能力；當該裝置的儲能規模較大時，即可承擔大電網的調峰任務。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1是:本實用新型提供的電場功率調節裝置的結構示意圖；
[0036]圖2是:本實用新型提供的電場功率調節裝置的側視圖；
[0037]圖3是:本實用新型提供的電場功率調節裝置在風/光電廠平面布置示意圖。
[0038]其中:1、風/光電廠；2、輸電線路；3、輸電桿塔；4、電動機；5、高海拔轉動輪；6、儲能單元；7、功率調節器；8、滿載重物的纜車；9、空載的纜車；10、承載塔；11、卡件；12、支架；13、滑輪；14、低海拔轉動輪；15、卸能單元；16、電動機；17、變壓器；18、大電網。
【具體實施方式】
[0039]為使本實用新型的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做進一步的詳細說明。
[0040]本實施例以電場功率調節裝置為例，如圖1至圖3所示，本實用新型實施例提供的電場功率調節裝置包括:電源輸入單元、驅動單元、儲能單元6、纜車輸送單元、卸能單元
15、發電單元、電源輸出單元、低電壓穿越控制單元；驅動單元分別與儲能單元6、纜車輸送單元、卸能單元15和低電壓穿越控制單元連接,儲能單元6的海拔高度高于卸能單元15的海拔高度，纜車輸送單元傾斜設置在儲能單元6和卸能單元15之間；驅動單元與電源輸入單元連接，卸能單元15依次與發電單元和電源輸出單元連接，重物通過纜車輸送單元在儲能單元6和卸能單元15之間傳輸以實現電能和機械能之間的轉換。
[0041]如圖1所示,驅動單元包括:電動機4、功率調節器7、高海拔轉動輪5和低海拔轉動輪14，電動機4、功率調節器7和高海拔轉動輪5依次連接，低海拔轉動輪14和發電單元的電動機16連接；電源輸入單元包括風/光電廠I和變壓器，風/光電廠I輸出的電能經變壓器調節后通過輸電線路2和輸電桿塔3與驅動單元的電動機4連接；電源輸出單元包括大電網18和變壓器17，發電單元的電動機16輸出的電能經變壓器17調節后通過輸電線路和輸電桿塔與大電網18連接；纜車輸送單元包括:纜車、承載索、承載塔10、卡件11、支架12和滑輪13 ;纜車分為滿載重物的纜車8和空載的纜車9，纜車通過卡件11與承載索固結在一起，纜車的重心和所固結的承載索的卡件11位置處于同一鉛垂線上，承載索與支架12之間通過滑輪13連接，承載索設置在高海拔轉動輪5和低海拔轉動輪14的溝槽內，承載索在高海拔和低海拔場都是水平的，在高海拔到低海拔之間是傾斜的，承載索通過高海拔和低海拔處承載塔10上的滑輪13實現水平位置和傾斜方向的轉變。
[0042]將風/光電I廠產生的電能給發電單元充電，發電單元的電量充至半滿，并且風電場的發電功率高于調度中心的指令時，向大電網18輸出額定功率，剩余電能進行儲存，低海拔轉動輪14通過電動機4提供的電能帶動承載索運動將重物從卸能單元15運至儲能單元6實現將電能轉化為重物的勢能并儲存；當風電場的發電功率低于調動中心的指令時，風電場的發電功率全部進入大電網18，同時，將重物裝載至纜車通過承載索帶動高海拔轉動輪5從儲能單元6運至卸能單元15,并將轉化的電能通過電動機16輸送到大電網18。在大電網18電壓下降時，可以加快重物下降速度，并增大電動機16的功率角以增大有功功率和無功功率支持大電網18恢復，來提高風電場的低電壓穿越能力。其中，風電場有功功率的輸出/輸入通過重物的質量和下降/上升的速度控制；風電場無功功率輸出通過電動機16的功率角控制。
[0043]搬運重物儲能的風電場功率調節裝置根據大電網18的調度指令，利用重物的上升和下降來調節風電場的有功功率和無功功率輸出；可有效提高風電的利用率和供電質量，特別有利于提高風電場的低電壓穿越能力。
[0044]本發明基于另一目的提供的一種電場功率調節裝置的調節方法，包括下述步驟:
[0045]1、充電階段；將風/光電廠I產生的電能給發電單元充電，發電單元的電量充至半滿，并且風電場的發電功率高于調度中心的指令時，向大電網18輸出額定功率，剩余電能通過驅動轉動輪帶動承載索運動轉化為機械能，在卸能單元15處的重物通過重物自動裝卸裝置裝載到纜車中，裝入重物的纜車通過承載索帶動到儲能單元6，重物自動裝卸裝置將重物從纜車中卸載并堆放在重物堆放地，從而實現將機械能轉化為重物的重力勢能儲存；
[0046]2、放電階段；當風電場的發電功率低于調動中心的指令時，風電場的發電功率全部進入大電網18，同時，將儲能單元6的重物運回至卸能單元15，裝載重物的纜車下降帶動承載索，轉動輪與承載索同步運動，重物的重力勢能轉化為轉動輪的機械能，轉動輪運動帶動電動機16運動將機械能轉化為電能輸送到大電網18中；
[0047]3、低電壓穿越階段；在大電網18電壓下降時，提升重物下降的速度以提高有功功率輸出，并加大發電單元上的電動機16的功率角來提高發電單元的無功功率輸出，以支撐大電網18電壓恢復，提高風電場的低電壓穿越能力。
[0048]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種電場功率調節裝置，將風光電廠的電能儲存和發送，所述裝置包括分別與儲能單元、卸能單元和低電壓穿越控制單元連接的驅動單元，所述驅動單元與電源輸入單元中的風光電廠電能輸出端連接，所述卸能單元依次與發電單元和電源輸出單元連接，其特征在于:所述儲能單元的海拔高度高于卸能單元的海拔高度，所述儲能單元和卸能單元之間設有纜車輸送單元，所述儲能單元和卸能單元通過纜車輸送單元傳輸重物以實現電能的儲存和發送。
2.如權利要求1所述的電場功率調節裝置，其特征在于，所述驅動單元包括電動機和轉動輪，所述轉動輪分別設置在纜車輸送單元的兩端并與電動機連接；在所述儲能單元端的轉動輪和電動機之間設有功率調節器。
3.如權利要求2所述的電場功率調節裝置，其特征在于，所述電源輸入單元包括變壓器，所述風光電廠輸出的電能經變壓器調節后通過輸電線路和輸電桿塔與所述驅動單元的電動機連接。
4.如權利要求3所述的電場功率調節裝置，其特征在于，所述電源輸出單元包括大電網和變壓器，所述卸能單元端的電動機輸出的電能經變壓器調節后通過輸電線路和輸電桿塔與大電網連接。
5.如權利要求1所述的電場功率調節裝置，其特征在于，所述儲能單元和卸能單元分別包括重物堆放地和重物自動裝卸裝置。
6.如權利要求1所述的電場功率調節裝置，其特征在于，所述纜車輸送單元包括纜車、承載索、承載塔、卡件、支架和滑輪；所述纜車通過卡件與承載索固結在一起，所述纜車的重心和所固結的承載索的卡件處于同一鉛垂線上。
7.如權利要求6所述的電場功率調節裝置，其特征在于，所述承載索與支架之間通過滑輪連接。
8.如權利要求7所述的電場功率調節裝置，其特征在于，所述驅動單元的轉動輪設有溝槽，所述承載索設置在所述溝槽內。
9.如權利要求8所述的電場功率調節裝置，其特征在于，所述重物設置在纜車內，通過調節所述重物的質量和其下降/上升的速度控制有功功率的輸出/輸入；通過調節所述電動機的功率角控制無功功率的輸出。
【文檔編號】H02J3/28GK203800612SQ201420177623
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月14日 優先權日:2014年4月14日
【發明者】劉海鋒, 王旭明, 張霞, 朱彬榮, 楊靖波 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院