一种基于势能和电能相互转换方式的重力储能发电机的启动运行并网系统及其方法

技术领域

本发明涉及重力储能工程设计技术领域，特别涉及一种基于势能和电能相互转换方式的重力储能发电机的启动运行并网系统及其方法。

背景技术

近年来，我国的新能源装机容量和发电技术得到了极大发展，随着风电、光伏等新能源大规模接入系统，电网的稳定性问题也日益突出。重力储能是一种机械式的储能，可通过物理升降方式驱动发电电动机实现电能和热力的转换，特点是储能介质种类多样、绿色环保、安全可靠、调控灵活、无自放电，属于一种新型长时大容量储能技术。

由于重力势能储能为新技术、新设备，电机属于特种电机，国内暂无厂家可生产，因此发电机的启动运行并网方式均为首创。重力储能发电机可四象限运行，即可作为同步发电机，可发电上网；也可作为同步电动机，通过提升重力块将电网的电能储存起来。

重力储能系统的发电电动机采用电励磁同步电机，采用直接并网运行方式时，具有动态无功调节能力。为满足电网运行，储能系统需在充放电工况间频繁切换，这使得发电电动机的起动与并网成为储能系统运行的关键环节。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于势能和电能相互转换方式的重力储能发电机的启动运行并网系统及其方法，实现了在不同的工作方式下发电电动机的启动并网运行，通过电励磁同步电机直接并网，为新能源电力系统提供了惯量支撑且具有动态无功调节能力，有效解决了新能源电力系统面临的惯量缺失及无功支撑的难题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于势能和电能相互转换方式的重力储能发电机的启动运行并网系统，包括起动回路、涉网回路和势能转换模块，起动回路包括电源，电源输出端连接于变频启动系统，变频启动系统另一端连接于若干输出分路，输出分路另一端连接于涉网回路中对应的同步电机和并网断路器，并网断路器另一端连接于并网点，同步电机采用电励磁，包括电励磁系统，同步电机通过势能转换模块进行储能或放能。

更进一步地，所述变频启动系统和电源之间连接有输入断路器，各输出分路上连接有对应输出断路器。

更进一步地，所述变频启动系统包括依次连接的移相变压器、功率单元、电抗器柜和出线柜。

更进一步地，所述出线柜中设有用于感应电压幅值、相位、频率的感应元件。

更进一步地，所述感应元件包括输出电压值的电压互感器和输出电流值的电流互感器。

更进一步地，所述变频启动系统与输出分路之间还连接有并联的升压回路和旁路回路，以在变频启动系统电压等级与同步电机机端电压等级不相同时，满足变频启动系统和同步电机的电压等级需求。

更进一步地，所述势能转换模块包括传动系统，对应同步电机通过传动系统，驱动质量重块在堆栈场地的升降，实现重力势能与电能的相互转换。

一种基于势能和电能相互转换方式的重力储能发电机的启动运行并网方法，运用于变频启动系统电压等级与同步电机机端电压等级相同时，包括如下步骤，

S1：同步电机运转前，检查电网与对应同步电机相序，保证电网相序与对应同步电机相序一致；

S2：导通起动回路后，投入励磁系统，此时，对应同步电机机端电压不大于额定电压；

S3：对应同步电机加速过程中，调节变频启动系统频率来加速同步电机，加速过程保证同步电动机转速平稳上升；

S4：调节励磁系统，使对应同步电机机端电压达到额定幅值；

S5：调节电机转速，当对应同步电机电压相位和频率满足并网要求时，合上并网断路器完成并网，同时断开起动回路，使得对应同步电机进入并网运行状态；

S6：按步骤S1~S5顺序起动另一台同步电机。

一种基于势能和电能相互转换方式的重力储能发电机的启动运行并网方法，运用于变频启动系统电压等级与同步电机机端电压等级不相同时，包括如下步骤，

S1：同步电机运转前，检查电网与同步电机相序，保证电网相序与对应同步电机相序一致；

S2：导通起动回路后，断开升压回路，导通旁路回路；

S3：投入系统励磁系统，此时，对应同步电机机端电压不大于额定电压；

S4：对应同步电机加速过程中，调节变频启动系统频率来加速电机，当电机加速至设定值时，断开旁路回路，而导通升压回路；

S5：调节变频启动系统频率，来继续加速同步电机，加速过程保证同步电动机转速平稳上升；

S6：调节励磁系统，使对应同步电机机端电压达到额定幅值；

S7：调节电机转速，当同步电机电压相位和频率满足并网要求时，合上并网断路器完成并网，同时断开起动回路，同步电机进入并网运行状态；

S8：按步骤S1~S7顺序起动另一台同步电机。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

（1）发电电动机采用电励磁同步电机直接并网技术，为新能源电力系统提供了惯量支撑且具有动态无功调节 能力，有效解决了新能源电力系统面临的惯量缺失及无功支撑的难题；

（2）实现了不同电压等级的变频启动；

（3）通过同一台装置实现了在不同的工作方式下发电电动机的启动并网运行；

（4）通过变频控制系统，可控制发电电动机轴的转速，可调节任意角速度，以满足系统运行要求；

（5）通过变频调节控制，在发电电动机机异步转入同步并网时对电网的冲击小，能满足发电系统的自同期运行方式；

（6）这种启动运行方式适用于多机组轮流启动，提高了设备利用率，降低了投资成本；

（7）控制方式比较灵活，可与其它控制系统进行配合，实行就地/远程控制。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例二的结构示意图；

图3是本发明中启动运行并网方法的流程示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。

实施例

一种基于势能和电能相互转换方式的重力储能发电机的启动运行并网系统，如图1所示，包括起动回路、涉网回路和势能转换模块，

起动回路包括电源，电源输出端连接于输入断路器，输入断路器另一端连接于变频启动系统，变频启动系统另一端连接于若干输出分路，各输出分路上连接有对应输出断路器，起动回路通过不同的输出断路器连接不同同步电机；

输出分路另一端连接于涉网回路中对应的同步电机和并网断路器，并网断路器另一端连接于并网点，同步电机采用电励磁，包括电励磁系统，同步电机通过势能转换模块进行储能或放能。

其中，变频启动系统包括依次连接的移相变压器、功率单元、电抗器柜和出线柜；出线柜包括其输入输出之间依次连接的隔离开关和出线开关，出线柜输出端还连接有用于感应电压幅值、相位、频率的感应元件；具体的，本实施例中的感应元件包括输出电压值的电压互感器、输出电流值的电流互感器，并且配有综合保护装置采集电流电压频率，再通过通讯接口送至控制系统。

势能转换模块包括传动系统，对应同步电机通过传动系统，驱动质量重块在堆栈场地的升降，实现重力势能与电能的相互转换；同步电机的发电工况和电动机工况通过程序控制，可以使其在谷电时存储，峰价时再发电卖出，在程序中可预设峰谷电的时间段，也可人工手动操作。

上述启动运行并网系统运用于变频启动系统电压等级与同步电机机端电压等级相同时，并网方法包括如下步骤，

S1：同步电机运转前，检查电网与对应同步电机相序，保证电网相序与对应同步电机相序一致；

S2：导通起动回路后，投入励磁系统，此时，对应同步电机机端电压不大于额定电压；

S3：对应同步电机加速过程中，调节变频启动系统频率来加速同步电机，加速过程保证同步电动机转速平稳上升；

S4：调节励磁系统，使对应同步电机机端电压达到额定幅值；

S5：调节电机转速，当对应同步电机电压相位和频率满足并网要求时，合上并网断路器完成并网，同时断开起动回路，使得对应同步电机进入并网运行状态；

S6：按步骤S1~S5顺序起动另一台同步电机。

实施例

本实施例结构与实施例一大致相同，区别在于：

变频启动系统输出端连接有并联的升压回路和旁路回路，升压回路和旁路回路另一端连接于各输出分路，升压回路和旁路回路中设有通断装置，具体升压回路的组成与原理皆为现有技术，在此不做过多赘述；通过升压回路在变频启动系统电压等级与同步电机机端电压等级不相同时，满足变频启动系统和同步电机的电压等级需求。

上述启动运行并网系统，运用于变频启动系统电压等级与同步电机机端电压等级不相同时，其并网方法包括如下步骤，

S1：同步电机运转前，检查电网与同步电机相序，保证电网相序与对应同步电机相序一致；

S2：导通起动回路后，断开升压回路，导通旁路回路；

S3：投入系统励磁系统，此时，对应同步电机机端电压不大于额定电压；

S4：对应同步电机加速过程中，调节变频启动系统频率来加速电机，当电机加速至设定值时，断开旁路回路，而导通升压回路；

S5：调节变频启动系统频率，来继续加速同步电机，加速过程保证同步电动机转速平稳上升；

S6：调节励磁系统，使对应同步电机机端电压达到额定幅值；

S7：调节电机转速，当同步电机电压相位和频率满足并网要求时，合上并网断路器完成并网，同时断开起动回路，同步电机进入并网运行状态；

S8：按步骤S1~S7顺序起动另一台同步电机。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。