數控自備儲能電站的製作方法
2023-05-24 03:30:36
專利名稱：數控自備儲能電站的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種全數控電力拖動及發電的動力裝置，特別涉及一種可以根據電網負荷情況不同而實時改變為電能儲存、轉換或電能輸出狀態的數控自備儲能電站。
作為發展中國家的我國，由於工農業建設的迅猛發展和人民生活水平的提高，對電力的需求日趨增長。雖然國家在電站建設上投入了巨額資金，興建了大大小小許多火電廠和水電站，但仍然不能滿足電力負荷增長的迫切需求，在國內城鄉各地，停電拉閘或限額用電的現象比比皆是，給工農業生產和人民生活都帶來嚴重影響和極大的不便。然而，就每天的電網負荷而言，是很不均衡的，就是嚴重缺電地區的電網，也還是有負荷的高峰期和低谷期。在谷期發電廠的電能仍然是富餘的，因此，如何填「谷」補「峰」就成為電力工程建設中一項與增加發電機組容量同樣重要的事項。在有條件的地區，正在建設抽水蓄能電站，就是一例。如在浙江省安吉縣正在建設的天荒坪電站，要安裝六臺進口的30萬千瓦立軸單級可逆混流式水泵水輪發電機組，該機組集抽水與放水發電兩種功能於一身，結構緊湊、使用方便。電站到1999年竣工後，每年可把約32億度富餘電能調到用電高峰時使用，這將使我國地區電網容量最大的華東電網較好地緩解其供用電的矛盾，從而大大促進該地區的經濟發展。但是抽水蓄能電站作為集中控制的儲能電站，投資大，建設周期長，不能馬上對電網調整負荷發揮成效。如果能夠建設分布式控制的儲能電站，投資小，建設周期短，其優點是很明顯的。
本發明的目的是提供一種能夠由單位用戶自行管理控制的數控自備儲能電站。
本發明包括有放置在控制櫃箱體內殼體裡的，由可編程控制器和雙向可變頻逆變電源組成的數控變頻電源，其轉子外緣裝有稀土永磁材料製成多個磁極的稀土全速同步電機和慣性飛輪，其特徵在於該數控逆變電源通過兩個數控交流接觸器分別與供電網及內部供電線路相連，數控電源還與作為換能器的稀土全速同步電機的定子線圈相連接，該電機的轉軸上裝有一個作為儲能器的密封在真空殼體裡的慣性飛輪。慣性飛輪與電機的安裝結構可以採用臥式或立式兩種方式。
本發明的最大特點是可以由用戶單位根據自己的特定條件自行建設、自行管理、靈活應用。該裝置既可以用來解決電網調峰，儲備電能，也可以用作應急電源，還可以滿足用戶的某些特殊技術要求，例如作為恆頻穩壓電源，大功率不間斷電源(UPS)、變頻電源等。如果電網在峰期、谷期對電費採用不同計價，該裝置又可以用於改善企業的動力收支狀況。與水力儲能的集中式儲能電站相比較，本發明不需要巨額投資和大興土木，也不需要特別的地理環境條件;對電網而言，其平衡負荷的受益層次更深，平衡的效果也更好些。由於本發明相對結構比較簡單，建設費用不會太高，各個用戶單位通常都可以自行籌資建設，有利於普及推廣應用。
圖1是本發明的結構組成示意圖。
圖2是本發明中稀土同步電機與慣性飛輪構成的換能/儲能器的兩種安裝結構型式示意圖。其中A為臥式，B為立式。
參見圖1，本發明是由放置在控制櫃箱體1內的電可編程控制器2和雙向可變頻逆變電源3組成的數控變頻電源10，以及其轉子外緣裝有稀土永磁材料製成的多個磁極的稀土全速同步電機4和慣性飛輪5組成。其中數控變頻電源10的控制櫃箱體1可以採用申請人的專利《防塵防爆型數控變頻電源》(專利號CN92225094)的結構即在外罩有密封鐘罩的內殼體內放置數控變頻電源10，在內殼體下部固接金屬篩網在鐘罩下部開設排氣孔，在金屬篩網下部則安裝有進風通道和集塵筒，利用內殼體下部的通風扇對上述電源部分10進行通風冷卻，同時使用帶重力沉降的進風口，使外界環境中的空氣裡所含有的灰塵乃至雨雪等固體、液體顆粒分離，並經金屬篩網過濾，以滿足冷卻空氣的潔淨度，這樣可適合一般工礦企業的外部環境條件。與在這種環境條件下的全數控電力拖動系統中的電動機4配套使用，不必專門建造控制機房。控制櫃箱體1也可以採用申請人的專利《數控電拖動裝置加固型控制櫃》(專利號CN92225095)的結構，即如圖1中所示的分成工作倉和下部製冷倉兩部分的控制櫃箱體1，在其工作倉裡放置數控變頻電源10，其前側裝置密封門11、背部有冷卻盤管12，製冷倉裡裝置壓縮機泵組及有關配件、控制裝置，利用全封閉的箱體放置數控變頻電源10，使之在人工設定的環境中能夠可靠地工作，以適應在野外或環境比較惡劣的工礦企業大型車間裡，配合全數控電力拖動裝置工作。6、7是兩個與雙向可變頻逆變電源3相連接的數控交流接觸器，分別與供電網8和內部供電線路9相連通。數控交流接觸器6接收可編程控制器2的指令後，與供電網連接，從電網輸入能量，進入儲能狀態。從電網輸入的50周三相交流電，按照儲能器慣性飛輪5的運行狀態，在可編程控制器2的實時控制下，轉換成在與慣性飛輪運轉同步頻率基礎上逐漸升高其頻率的交流電，輸入給稀土全速電機4，使飛輪轉速加快而儲存能量;也可以讓數控交流接觸器7接收可編程控制器2的指令後，與內部供電負載線路9相連，將儲存的電能由逆變電源3經之送入用電負載9，也即輸出能量。
稀土全速同步電機4與慣性飛輪5構成本發明的儲能/接觸器。即數控電源3與稀土全速同步電機4的定子線圈相連，該電機4的轉軸上裝有一個密封在真空殼體6裡的慣性飛輪5。本發明的稀土電機定子位於永磁轉子的裡側，定子線圈的鐵芯採用高頻高導磁率的鐵淦氧材料製成，以便數控電源10往定子線圈裡通入高頻交流電後，可使稀土永磁轉子在高頻磁場下高速旋轉，從而讓裝在其轉軸上的飛輪5也高速轉動，其最高速可達數萬轉/分，可以儲存足夠的慣性動能。上述狀態為本發明的儲能狀態。當需要向內部負載供電時，則將因高速旋轉的飛輪5帶動的永磁轉子旋轉而在稀土同步電機4的定子線圈裡感應生成的電勢引出，經雙向可變頻逆變電源3將其轉換成直流電供內部直流耗能負載做功，或者再逆變成交流電，供內部交流負載驅動。此時稀土全速同步電機4作為發電機狀態工作，它是本發明中的換能器，慣性飛輪5則是物理儲能器，再配以雙向可變頻逆變電源3及可編程控制器2構成一個可以由用戶自行調控運行，不受速度匹配製約，高效低耗的數控能量轉換器，即可以在機械能與電能之間進行相互高效轉換實現自備儲存電能的裝置。
本發明的電機4安裝結構、可以採用臥式(參見圖2B)和立式(參見圖2A)兩種方式。其中慣性飛輪5的密封罩6可以採用在地基上挖設混凝土井槽61再輔以蓋板62或護罩63構成。由於飛輪是固定安裝的，空間、體積並不受到太多限制，因此可以適當把飛輪的直徑和質量做得大一些，以取得更好的儲能轉換效果。
本發明中的數控電源10已是定型系列產品，可以選用申請人CN90202757號或CN90203323號專利作可變頻逆變電源3，也可以選用日本富士公司的G7系列逆變器。可編程控制器2可以選用普通工業過程控制器，或工業控制計算機，也可以是中央控制計算機，通過標準工業控制接口界面和分時分址方法時各個敏感機構和執行機構進行監測和控制。
權利要求
1.一種數控自備儲能電站，包括有放置在控制櫃箱體內殼體裡的，由可編程控制器和雙向可變頻逆變電源組成的數控變頻電源，其轉子外緣裝有稀土永磁材料製成多個磁極的稀土全速同步電機和慣性飛輪，其特徵在於該數控逆變電源通過兩個數控交流接觸器分別與供電網及內部供電線路相連，數控電源還與作為換能器的稀土全速同步電機的定子線圈相連接，該電機的轉軸上裝有一個作為儲能器的密封在真空殼體裡的慣性飛輪。
2.如權利要求1所述的數控自備儲能電站，其特徵在於慣性飛輪與電機的安裝結構可以採用臥式或立式兩種方式。
全文摘要
一種數控自備儲能電站，是由可編程控制器與雙向可變頻逆變電源構成的數控逆變電源，以及由稀土全速同步電機及其轉軸上安裝的慣性飛輪構成的高速物理換能/儲能器構成的。該裝置是一種可由用戶單位靈活應用貯存富裕電能的儲能設備。
文檔編號H02J15/00GK1111410SQ9410483
公開日1995年11月8日 申請日期1994年5月5日 優先權日1994年5月5日
發明者石行 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠