一种用于火电联合AGC调频的混合储能系统的制作方法

本实用新型涉及火电机组辅助调频技术领域，具体涉及一种用于火电联合agc调频的混合储能系统。

背景技术：

电力系统的稳定运行需要保持发电侧和用电侧的实时功率平衡，电网调度中心通过自动发电控制(agc)系统来实时调节电网中调频电源的有功出力，实现对电网频率和联络线功率的控制，解决区域电网内短时随机功率不平衡问题，这对调频电源性能提出了响应速度快、调节速率快、调节精度高、功率调节方向频繁转换等技术性能要求，并进行考核。电网agc调频功能主要由包括水电、燃气机组以及火电机组在内的常规电源提供。由于这些电源系统都具有响应惯性，将一次能源转换成电能将经历一系列复杂过程，特别是火电机组的agc调频性能与电网期望相比，还有较大差距，火电机组由于受能量转换过程和爬坡速率慢等技术因素限制，在agc调频过程中表现出响应时间长、调节速率慢、调节精度差等问题。

近年来，随着储能技术的进步，利用储能系统快速充放电的特性来改善火电机组agc调频的性能，采用储能系统和火电机组进行联合agc调频的模式得到了快速发展，出现了不少的应用项目案例。目前国内普遍采用锂离子电池储能系统来参与火电机组联合agc调频，锂离子电池储能系统普遍采用2c的充放电倍率。在项目的运行过程中，逐渐暴露出锂离子电池循环寿命短、安全性低等问题。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的用于火电联合agc调频的混合储能系统成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于火电联合agc调频的混合储能系统。

本实用新型的目的可通过以下的技术措施来实现：

本实用新型的实施例提供了一种用于火电联合agc调频的混合储能系统，与交流母线连接，该混合储能系统包括：

飞轮储能子系统，所述飞轮储能子系统包括飞轮储能监控单元和与所述飞轮储能监控单元连接的至少一个飞轮储能单元，多个所述飞轮储能单元采用并联的方式接入所述交流母线；

电池储能子系统，所述电池储能子系统包括电池储能监控单元和与所述电池储能监控单元连接的至少一个电池储能单元，多个所述电池储能单元采用并联的方式接入所述交流母线；

与外部控制系统连接的能量管理系统，所述能量管理系统分别与所述飞轮储能子系统和所述电池储能子系统连接，所述能量管理系统监测飞轮储能子系统的运行数据、电池储能子系统的运行数据以及接收所述外部控制系统发送的第一控制指令，并根据所述飞轮储能子系统的运行数据、电池储能子系统的运行数据和所述第一控制指令生成第二控制指令，控制所述飞轮储能子系统和所述电池储能子系统的充放电状态。

优选地，每一个所述飞轮储能单元包括依次连接的第一断路器、第一变压器、第一储能变流器和飞轮储能组件；所述第一变压器的高压侧通过所述第一断路器接入所述交流母线，所述第一变压器的低压侧与所述第一储能变流器的交流侧连接，所述第一储能变流器的直流侧与所述飞轮储能组件连接。

优选地，所述飞轮储能监控单元与所述第一储能变流器连接，所述飞轮储能监控单元监测所述飞轮储能单元的运行数据并接收所述第二控制指令，根据所述飞轮储能单元的运行数据和所述第二控制指令控制所述第一储能变流器的功率变换方向和大小。

优选地，所述第一变压器的低压侧设置为单绕组或分裂绕组，当所述第一变压器的低压侧设置为单绕组时，所述第一变压器的低压侧与一个所述第一储能变流器连接，当所述第一变压器的低压侧设置为分裂绕组时，所述第一变压器的低压侧与多个所述第一储能变流器连接。

优选地，所述飞轮储能组件设置多个，多个所述飞轮储能组件采用并联的方式与所述第一储能变流器的直流侧连接。

优选地，每一个所述电池储能单元包括依次连接的第二断路器、第二变压器、第二储能变流器和电池储能组件；所述第二变压器的高压侧通过所述第二断路器接入所述交流母线，所述第二变压器的低压侧与所述第二储能变流器的交流侧连接，所述第二储能变流器的直流侧与所述电池储能组件连接。

优选地，所述电池储能监控单元与所述第二储能变流器连接，所述电池储能监控单元监测所述电池储能单元的运行数据并接收所述第二控制指令，根据所述电池储能单元的运行数据和所述第二控制指令控制所述第二储能变流器的功率变换方向和大小。

优选地，所述第二变压器的低压侧设置为单绕组或分裂绕组，当所述第二变压器的低压侧设置为单绕组时，所述第二变压器的低压侧与一个所述第二储能变流器连接，当所述第二变压器的低压侧设置为分裂绕组时，所述第二变压器的低压侧与多个所述第二储能变流器连接。

优选地，所述电池储能组件设置多个，多个所述电池储能组件采用并联的方式与所述第二储能变流器的直流侧连接。

优选地，所述能量管理系统通过对外通信接口与所述外部控制系统连接。

本实用新型的混合储能系统中，飞轮储能子系统和电池储能子系统采用模块化设置，飞轮储能子系统中的多个飞轮储能单元相对独立设置，可以独立运行，电池储能子系统中的多个电池储能单元相对独立设置，可以独立运行，方便检修，提高混合储能系统的安全性；飞轮储能子系统和电池储能子系统通过能量管理系统进行协同控制，充分利用飞轮储能子系统充放电响应速度快、使用寿命长、安全性好的优势和电池储能子系统能量密度高的特性，达到提高agc调频性能综合指标，延长电池的使用寿命，提高系统整体经济性的效果。

附图说明

图1是本实用新型的混合储能系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在下文中，将参考附图来更好地理解本实用新型的许多方面。附图中的部件未必按照比例绘制。替代地，重点在于清楚地说明本实用新型的部件。此外，在附图中的若干视图中，相同的附图标记指示相对应零件。

如本文所用的词语“示例性”或“说明性”表示用作示例、例子或说明。在本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式未必理解为相对于其它实施方式是优选的或有利的。下文所描述的所有实施方式是示例性实施方式，提供这些示例性实施方式是为了使得本领域技术人员做出和使用本公开的实施例并且预期并不限制本公开的范围，本公开的范围由权利要求限定。在其它实施方式中，详细地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本实用新型。出于本文描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”和其衍生词将与如图1定向的实用新型有关。而且，并无意图受到前文的技术领域、背景技术、发明内容或下文的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论限制。还应了解在附图中示出和在下文的说明书中描述的具体装置和过程是在所附权利要求中限定的实用新型构思的简单示例性实施例。因此，与本文所公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特征不应被理解为限制性的，除非权利要求书另作明确地陈述。

本实用新型的实施例公开了一种用于火电联合agc调频的混合储能系统，请参见图1，该混合储能系统与交流母线10连接，该混合储能系统包括：飞轮储能子系统20、电池储能子系统30和能量管理系统40。

其中，飞轮储能子系统20包括飞轮储能监控单元202和与所述飞轮储能监控单元202连接的至少一个飞轮储能单元201，多个所述飞轮储能单元201采用并联的方式接入交流母线10；电池储能子系统30包括电池储能监控单元302和与所述电池储能监控单元302连接的至少一个电池储能单元301，多个所述电池储能单元301采用并联的方式接入所述交流母线10；能量管理系统40与外部控制系统连接，所述能量管理系统40分别与所述飞轮储能监控单元202和所述电池储能监控单元302连接，所述能量管理系统40用于监测飞轮储能子系统20的运行数据、电池储能子系统30的运行数据以及接收所述外部控制系统发送的第一控制指令，并根据飞轮储能子系统20的运行数据、电池储能子系统30的运行数据和所述第一控制指令生成第二控制指令，控制所述飞轮储能子系统20和所述电池储能子系统30的充放电状态。

进一步地，飞轮储能子系统20的运行数据包括但不限于储能电量状态、额定功率、soc值、储能变流器的功率状态以及自检状态，电池储能子系统30的运行数据包括储能电量状态、soc值、储能变流器的功率状态以及自检状态。

本实施例中，混合储能系统和火电机组联合agc调频，飞轮储能子系统20和电池储能子系统30共同承担混合储能系统的充放电任务，能量管理系统40根据飞轮储能子系统20的运行数据、电池储能子系统30的运行数据和外部控制系统发送的第一控制指令确定飞轮储能子系统20和电池储能子系统30的充放电任务，并生成第二控制指令，控制飞轮储能子系统20和所述电池储能子系统30进行协同充放电。

在本实施例中，一方面飞轮储能子系统20和电池储能子系统30采用模块化设置，提高混合储能系统的安全性，另一方面飞轮储能子系统20中的多个飞轮储能单元201相对独立设置，可以独立运行，电池储能子系统30中的多个电池储能单元301相对独立设置，可以独立运行，该设置方式增加了混合储能系统的功率调节容量和适应性，同时方便检修。

采用飞轮储能子系统20和电池储能子系统30组成混合储能系统，通过能量管理系统40进行协同控制，充分利用飞轮储能子系统20充放电响应速度快、使用寿命长、安全性好等优势和电池储能子系统30能量密度高的特性，达到提高agc调频性能综合指标，延长电化学电池的使用寿命，提高系统整体经济性的效果。

进一步地，每一个所述飞轮储能单元201包括依次连接的第一断路器2010、第一变压器2011、第一储能变流器2012和飞轮储能组件2013；所述第一变压器2011的高压侧通过所述第一断路器2010接入所述交流母线10，所述第一变压器2011的低压侧与所述第一储能变流器2012的交流侧连接，所述第一储能变流器2012的直流侧与所述飞轮储能组件2013连接。

本实施例中，每一个飞轮储能单元201通过第一变压器2011隔离，在交流母线10处并网，当某个飞轮储能单元201检修或异常时，可以独立退出，而不影响其它飞轮储能单元201的运行。

进一步地，所述飞轮储能监控单元202与所述第一储能变流器2012连接，所述飞轮储能监控单元202用于监控飞轮储能单元201的运行数据和接收所述能量管理系统40发送的第二控制指令，根据飞轮储能单元201的运行数据和所述第二控制指令控制第一储能变流器2012的功率变换方向和大小。

本实施例中，飞轮储能监控单元202与每一个飞轮储能单元201中的第一储能变流器2012通信连接，飞轮储能监控单元202监控每一个飞轮储能单元201的运行数据和接收所述能量管理系统40发送的第二控制指令，根据每一个飞轮储能单元201的运行数据和所述第二控制指令控制对应的第一储能变流器2012的功率变换方向和大小，从而对每一个飞轮储能单元201的充放电状态进行控制。

飞轮储能子系统20采用独立的飞轮储能监控单元202，独立接受能量管理系统40的控制，独立进行充放电，提高飞轮储能子系统20的安全性。

进一步地，所述第一变压器2011的低压侧设置为单绕组或分裂绕组，当所述第一变压器2011的低压侧设置为单绕组时，所述第一变压器2011的低压侧与一个所述第一储能变流器2012连接，当所述第一变压器2011的低压侧设置为分裂绕组时，所述第一变压器2011的低压侧与多个所述第一储能变流器2012连接。

进一步地，所述飞轮储能组件2013设置多个，多个所述飞轮储能组件2013采用并联的方式与所述第一储能变流器2012的直流侧连接。

第一实施例中，在一个飞轮储能单元201中，所述第一变压器2011的低压侧设置为单绕组，所述第一变压器2011的低压侧与一个所述第一储能变流器2012连接，所述第一储能变流器2012的直流侧连接有多个飞轮储能组件2013；第二实施例中，在一个飞轮储能单元201中，所述第一变压器2011的低压侧设置为分裂绕组时，所述第一变压器2011的低压侧与多个所述第一储能变流器2012连接，所述第一储能变流器2012的直流侧连接有多个飞轮储能组件2013。飞轮储能子系统20可以包括多个第一实施例中描述的飞轮储能单元201，也可以包括多个第二实施例中描述的飞轮储能单元201，还可以包括第一实施例和第二实施例的飞轮储能单元201的组合。

飞轮储能单元201依据第一变压器2011的低压侧设置的分裂绕组的分裂数量不同以及飞轮储能组件2013的数量不同所形成的组合、飞轮储能子系统20中各个相同或不同的飞轮储能单元201的组合也在本实用新型的保护范围之内，在此不一一赘述。

在上述实施例的基础上，本实施例中，每一个所述电池储能单元301包括依次连接的第二断路器3010、第二变压器3011、第二储能变流器3012和电池储能组件3013；所述第二变压器3011的高压侧通过所述第二断路器3010接入所述交流母线10，所述第二变压器3011的低压侧与所述第二储能变流器3012的交流侧连接，所述第二储能变流器3012的直流侧与所述电池储能组件3013连接。

本实施例中，每一个电池储能单元301通过第二变压器3011隔离，在交流母线10处并网，当某个电池储能单元301检修或异常时，可以独立退出，而不影响其它电池储能单元301的运行。

进一步地，所述电池储能监控单元302与所述第二储能变流器3012连接，所述电池储能监控单元302用于监控电池储能单元301的运行数据和接收所述能量管理系统40发送的第二控制指令，根据电池储能单元301的运行数据和所述第二控制指令控制所述第二储能变流器3012的功率变换方向和大小。

本实施例中，电池储能监控单元302与每一个电池储能单元301中的第二储能变流器3012通信连接，电池储能监控单元302监控每一个电池储能单元301的运行数据和接收所述能量管理系统40发送的第二控制指令，根据每一个电池储能单元301的运行数据和所述第二控制指令控制对应的第二储能变流器3012的功率变换方向和大小，从而对每一个电池储能单元301的充放电状态进行控制。

电池储能子系统30采用独立的电池储能监控单元302，独立接受能量管理系统40的控制，独立进行充放电，提高电池储能子系统30的安全性。

飞轮储能子系统20和电池储能子系统30分别接受飞轮储能监控单元202和电池储能监控单元302的控制，在控制上解耦，飞轮储能监控单元202和电池储能监控单元302分别接受能量管理系统40的控制，使飞轮储能子系统20和电池储能子系统30独立进行充放电，提高混合储能系统的安全性。

进一步地，所述第二变压器3011的低压侧设置为单绕组或分裂绕组，当所述第二变压器3011的低压侧设置为单绕组时，所述第二变压器3011的低压侧与一个所述第二储能变流器3012连接，当所述第二变压器3011的低压侧设置为分裂绕组时，所述第二变压器3011的低压侧与多个所述第二储能变流器3012连接。

进一步地，所述电池储能组件3013设置多个，多个所述电池储能组件3013采用并联的方式与所述第二储能变流器3012的直流侧连接。

第一实施例中，在一个电池储能单元301中，所述第二变压器3011的低压侧设置为单绕组，所述第二变压器3011的低压侧与一个所述第二储能变流器3012连接，所述第二储能变流器3012的直流侧连接有多个电池储能组件3013；第二实施例中，在一个电池储能单元301中，所述第二变压器3011的低压侧设置为分裂绕组时，所述第二变压器3011的低压侧与多个所述第二储能变流器3012连接，所述第二储能变流器3012的直流侧连接有多个电池储能组件3013。电池储能子系统30可以包括多个第一实施例中描述的电池储能单元301，也可以包括多个第二实施例中描述的电池储能单元301，还可以包括第一实施例和第二实施例的电池储能单元301的组合。

电池储能单元301依据第二变压器3011的低压侧设置的分裂绕组的分裂数量不同以及电池储能组件3013的数量不同所形成的组合、电池储能子系统30中各个相同或不同的电池储能单元301的组合也在本实用新型的保护范围之内，在此不一一赘述。

进一步地，所述能量管理系统40通过对外通信接口与所述外部控制系统连接。

本实用新型的实施例采用飞轮储能子系统20和电池储能子系统30结合，安全可靠性高，使用寿命长，功率密度高，充放电响应速度快，适应的温度范围宽，全生命周期绿色无污染。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。