储能装置及储能装置的控制方法与流程

1.本发明涉及储能领域，尤其涉及一种储能装置及储能装置的控制方法。


背景技术：

2.电力系统的发电、输电、配电和用电过程是同步完成，因此，需要对电网进行调峰调频，以保证电网的发电与用电平衡，进而保证发电设备与用电设备的可靠运行。
3.飞轮储能装置是一种毫秒级响应的调峰调频设备。用电低峰时，飞轮储能装置存储电网产生的电能。用电高峰时，飞轮储能装置释放存储的电能，以实现对电网的调峰调频。然而，飞轮储能装置只能实现数分钟的电能释放，对于长达数小时的用电高峰，飞轮储能装置无法满足长时间对电网调峰调频的需求。


技术实现要素：

4.有鉴于现有技术存在的缺陷，本技术实施例目的在于提供一种储能装置及储能装置的控制方法，以解决无法长时间对电网调峰调频的问题。
5.第一方面，本技术的一个实施方式提供一种储能装置，用于设置于电网输入端与电网输出端之间，所述储能装置包括输入开关、输出开关及储能结构；
6.所述输入开关的输入端用于与所述电网输入端连接，所述输出开关的输出端用于与所述电网输出端连接，所述输入开关的输出端与所述输出开关的输入端连接；
7.所述储能结构包括至少一个飞轮储能部、至少一个发电机及至少一个提升设备，每个所述飞轮储能部均连接至所述输入开关的输出端与所述输出开关的输入端之间的节点，每个所述提升设备通过所述发电机连接至所述节点，且每个所述提升设备与预设数量的发电机均连接，所述发电机用于向所述提升设备供给提升储能件的动力，所述提升设备用于下放所述储能件带动所述发电机转动产生电能。
8.结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述储能装置还包括变压器、至少一个第一双向逆变器及至少一个第二双向逆变器；
9.每个所述飞轮储能部通过一个所述第一双向逆变器与所述变压器连接，每个所述发电机通过一个所述第二双向逆变器与所述变压器连接；
10.所述第一双向逆变器及所述第二双向逆变器均用于控制电流双向流通。
11.结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的方式中，所述储能装置还包括断路器；
12.所述变压器通过所述断路器连接至所述节点。
13.结合第一方面，在三种可能的实现方式中，所述发电机包括转子，所述提升设备包括牵引部；
14.所述牵引部与所述转子连接，所述牵引部用于转动所述转子产生电能。
15.结合第一方面，在四种可能的实现方式中，还包括旁路开关；
16.所述旁路开关的输入端用于与所述电网输入端连接，所述旁路开关的输出端用于
与所述电网输出端连接。
17.结合第一方面，在五种可能的实现方式中，所述储能装置还包括保护电路；
18.所述输入开关的输出端通过所述保护电路连接至所述节点，所述保护电路用于电网输入端发生功率扰动时，切断所述电网输入端与所述电网输出端的连接。
19.结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的方式中，所述保护电路包括静态开关与电抗；
20.所述输入开关的输出端依次通过所述静态开关、所述电抗连接至所述节点，所述静态开关用于切断所述电网输入端与所述电网输出端的连接，所述电抗用于抑制短路电流。
21.第二方面，本技术的一个实施方式提供一种储能装置的控制方法，所述储能装置是第一方面所述的储能装置，所述方法包括：
22.根据电网的用电量与发电量，设置所述飞轮储能部的运行模式，其中，所述运行模式包括充电模式、放电模式及待机模式；
23.若所述飞轮储能部的运行模式为放电模式，且所述飞轮储能部的储存电能降低至预设阈值，控制所述提升设备下放所述储能件带动所述发电机转动产生电能。
24.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述控制所述提升设备下放所述储能件之后，还包括：
25.若所述发电机产生的电能的电压达到供电电压阈值，设置所述飞轮储能部的运行模式为充电模式或待机模式。
26.结合第一方面，在二种可能的实现方式中，所述根据所述的电网的用电量与发电量，设置所述飞轮储能部的运行模式，包括：
27.若所述电网的用电量高于发电量，设置所述飞轮储能部的运行模式为放电模式；
28.若所述电网的用电量等于发电量，设置所述飞轮储能部的运行模式为待机模式；
29.若所述电网的用电量低于发电量，设置所述飞轮储能部的运行模式为充电模式，并控制所述提升设备提升所述储能件。
30.本技术提供一种储能装置，用于设置于电网输入端与电网输出端之间，所述储能装置包括输入开关、输出开关及储能结构；所述输入开关的输入端用于与所述电网输入端连接，所述输出开关的输出端用于与所述电网输出端连接，所述输入开关的输出端与所述输出开关的输入端连接；所述储能结构包括至少一个飞轮储能部、至少一个发电机及至少一个提升设备，每个所述飞轮储能部均连接至所述输入开关的输出端与所述输出开关的输入端之间的节点，每个所述提升设备通过所述发电机连接至所述输节点，且每个所述提升设备与预设数量的发电机均连接，所述发电机用于向所述提升设备供给提升储能件的动力，所述提升设备用于下放所述储能件带动所述发电机转动产生电能。当电网的发电量低于用电量时，由飞能储能部做出毫秒级的放电响应，并过渡到由提升设备做出长达数小时的放电响应，能够实时且长时间的维持电网有功功率的平衡。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明
保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
32.图1示出了本技术实施例1提供的储能装置的结构示意图；
33.图2示出了本技术实施例1提供的储能装置的另一种结构示意图；
34.图3示出了本技术实施例1提供的提升设备与发电机连接的结构示意图；
35.图4示出了本发明实施例2提供的储能装置的控制方法的流程图。
36.主要元件符号说明：
37.100-储能装置、200-电网输入端、300-电网输出端、400-储能件；110-储能结构、120-保护电路；111-飞轮储能部、112-发电机、113-提升设备、114-转子、115-牵引部；s1-输入开关、s2-输出开关、s3-旁路开关、hss-静态开关、x-电抗、qf-断路器、t-变压器、pcb1-第一双向逆变器、pcb2-第二双向逆变器。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
39.通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
41.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
43.实施例1
44.请参阅图1，图1示出了本技术实施例1提供的储能装置的结构示意图。示范性地，储能装置100用于设置于电网输入端200与电网输出端300之间，所述储能装置100包括输入开关s1、输出开关s2及储能结构110；
45.所述输入开关s1的输入端用于与所述电网输入端200连接，所述输出开关s2的输出端用于与所述电网输出端300连接，所述输入开关s1的输出端与所述输出开关s2的输入端连接；
46.所述储能结构110包括至少一个飞轮储能部111、至少一个发电机112及至少一个提升设备113，每个所述飞轮储能部111均连接至所述输入开关s1的输出端与所述输出开关
s2的输入端之间的节点，每个所述提升设备113通过所述发电机112连接至所述节点，且每个所述提升设备113与预设数量的发电机112均连接，所述发电机112用于向所述提升设备113供给提升储能件400的动力，所述提升设备113用于下放所述储能件400带动所述发电机112转动产生电能。
47.输入开关s1、输出开关s2为保护开关。当电网输入端200输入的持续输入高于电压阈值的电压时，输入开关s1与输出开关s2均断开，避免高于电压阈值的电压输入至储能结构110，或输入与电网输出端300连接的设备，造成器件损坏。
48.飞轮储能部111是一种毫秒级的充放电设备，包括飞轮与内置电机，图中不具体示出。当飞轮储能部111设置为充电模式时，电能驱动飞轮高速旋转，以将电能转换为机械能进行存储。当飞轮储能部111设置为放电模式时，飞轮带动内置电机转动，以将存储的机械能转换为电能。若电网的用电量高于发电量，飞轮储能部111设置为放电模式，并将产生的电能输出至电网输出端300，以快速实现电网的用电量与发电量的平衡。
49.若电网的用电量低于发电量，发电机112驱动提升设备113将储能件400提升至距离地面预设高度的位置，以将多余的电能转换为重力势能。若电网的用电量高于发电量，提升设备113将储能件400下放至地面，通过储能件400下放至地面过程中的重力势能带动发电机112转动产生电能。若预先将数量充足的储能件400提升至距离地面预设高度的位置，通过提升设备113下放储能件400实现时间长达数小时的用电高峰内，电网的用电量与发电量的平衡。
50.需要理解的是，飞轮储能部111、发电机112、提升设备113的数量，是根据实际电网的发电量及用电量设置的，在此不做限定。为便于理解本技术，本实施例中，飞轮储能部111、发电机112、提升设备113的数量均为1。提升设备113可以是起重机，也可以是吊机，还可以是任意能够提示或下放储能件的设备。储能件可以是回收的建筑材料，也可以是废弃的钢材，还可以是任意能够被提升设备113提升或下放的器件，在此不做赘述。预设数量是根据提升设备113下放储能件400时的重力势能设置的，举例而言，若提升设备113下放储能件400时的重力势能可以带动4台发电机112转动产生电能，则每个提升设备113与4台发电机112均连接。
51.请一并参阅图2，图2示出了本技术实施例1提供的储能装置的另一种结构示意图。所述储能装置100还包括变压器t、至少一个第一双向逆变器pcb1及至少一个第二双向逆变器pcb2；
52.每个所述飞轮储能部111通过一个所述第一双向逆变器pcb1与所述变压器t连接，每个所述发电机112通过一个所述第二双向逆变器pcb2与所述变压器t连接；
53.所述第一双向逆变器pcb1及所述第二双向逆变器pcb2均用于控制电流双向流通。
54.双向逆变器没有输入端与输出端的区别，只有直流接线端与交流接线端。双向逆变器具有并网功能，既可以通过双向逆变器输出交流电，又可以通过双向逆变器输出直流电。电网输出端300的电能可以通过双向逆变器输入至飞轮储能部111与发电机112，发电机112与飞轮储能部111的电能可以通过双向逆变器输出至电网输出端300。
55.所述储能装置100还包括断路器qf；所述变压器t通过所述断路器qf连接至所述节点。
56.当储能结构110既不需要充电，又不需要放电时，通过断路器qf切断储能结构110
与电网输出端300、电网输入端200的连接。同时，若电网输入端200与电网输出端300发生短路时，短路电流会触发断路器qf切断储能结构110与电网输出端300、电网输入端200的连接，避免储能装置100中的器件损坏。
57.请一并参阅图3，图3示出了本技术实施例1提供的提升设备与发电机连接的结构示意图。所述发电机112包括转子114，所述提升设备113包括牵引部115；所述牵引部115与所述转子114连接，所述牵引部115用于转动所述转子114产生电能。
58.提升设备113下放储能件400时，储能件400的重力势能转换为牵引部115的动力势能，并通过牵引部115转动转子114。转动的转子114做切割磁感线的运动，进而产生可输出至电网输出端300的电能。
59.储能装置100还包括静态开关hss和电抗x；所述输入开关s1的输出端通过所述静态开关hss和/或所述电抗x连接所述输出开关s2的输入端，所述静态开关hss用于电网输入端200发生功率扰动时，切断所述电网输入端200与所述电网输出端300的连接，所述电抗x用于抑制短路电流。
60.所述储能装置100还包括保护电路120；所述输入开关s1的输出端通过所述保护电路120连接至所述节点，所述保护电路120用于电网输入端200发生功率扰动时，切断所述电网输入端200与所述电网输出端300的连接。
61.电网输入端200发生故障时，会导致电网输入端200发生功率扰动，即电网输入端200的输入电流或输入电压发生波动。保护电路120切断电网输入端200与电网输出端300的连接，飞轮储能部111做出毫秒级的放电响应，以避免电网输入端200发生故障时，电网输出端300出现断电现象。
62.所述保护电路120包括静态开关hss与电抗x；所述输入开关s1的输出端依次通过所述静态开关hss、所述电抗x连接至所述节点，所述静态开关hss用于切断所述电网输入端与所述电网输出端的连接，所述电抗x用于抑制短路电流。
63.电网输入端200与电网输出端之间发生短路时，电网输入端200发生功率扰动。静态开关hss断开且断路器qf接通时，电网输入端200与电网输出端300断开连接，储能结构110与电网输出端300连接。由储能结构110产生电能并输出至电网输出端300，避免电网输出端300输出不符合供电标准的电能，损坏与电网输出端300连接的用电设备。
64.需要理解的是，电抗x对电流具有阻碍作用，能够抑制短路电流输入至储能结构110及与电网输出端300连接的用电设备，避免储能结构110或用电设备中的器件损坏。交流电路中，电容、电感均对电流具有阻碍作用。可以选用电容作为电抗x，也可以选用电感作为电抗x，在此不做限定。
65.储能装置100还包括旁路开关s3；所述旁路开关s3的输入端用于与所述电网输入端200连接，所述旁路开关s3的输出端用于与所述电网输出端300连接。
66.检修储能装置100时，断开输入开关s1及输出开关s2，并接通旁路开关s3，电网输入端200与电网输出端300保持接通状态，避免与电网输出端300连接的设备断电。
67.实施例2
68.请参阅图4，图4示出了本发明实施例2提供的储能装置的控制方法的流程图。储能装置100是实施例中的储能装置100，所述的储能装置的控制方法包括以下步骤：
69.s101，根据电网的用电量与发电量，设置所述飞轮储能部111的运行模式。
70.获取电网在当前时刻的用电量与发电量，并确定电网的用电量与发电量是否平衡。若电网的用电量与发电量不平衡，设置飞轮储能部111的运行模式，其中，运行模式包括充电模式、放电模式及待机模式。通过增加用电量或发电量实现电网的用电量与发电量平衡。保证发电设备与用电设备的可靠运行。
71.作为一个示例，所述根据所述的电网的用电量与发电量，设置所述飞轮储能部111的运行模式，包括：
72.若所述电网的用电量高于发电量，设置所述飞轮储能部111的运行模式为放电模式；
73.若所述电网的用电量等于发电量，设置所述飞轮储能部111的运行模式为待机模式；
74.若所述电网的用电量低于发电量，设置所述飞轮储能部111的运行模式为充电模式，并控制所述提升设备113提升所述储能件400。
75.用电低峰时电网的用电量高于发电量，设置飞轮储能部111的运行模式为放电模式，增加电网的发电量。用电高峰时电网的用电量低于发电量，设置飞轮储能部111的运行模式为充电模式，并控制所述提升设备113提升储能件400，增加电网的用电量。同时，储能装置100存储多余的电能，并在用电高峰释放存储的电能，平衡电网的用电量与发电量。
76.s102，若所述飞轮储能部111的运行模式为放电模式，且所述飞轮储能部111的储存电能降低至预设阈值，控制所述提升设备113下放所述储能件400带动所述发电机112转动产生电能。
77.提升设备113下放储能件400的过程存在着延时，同时发电机112产生的电能的电压未达到供电电压阈值之前，不能直接将发电机112产生的电能输出电网输出端300。当电网的发电量小于用电量时，通过提升设备113下放储能件400带动发电机112转动，不能即刻实现电网发电量与用电量的平衡。
78.飞能储能部能够做出毫秒级的放电响应，可提供时间长达数分钟的放电。若电网输入端200发生故障，或当前时刻为用电高峰时刻，电网的用电量高于发电量。先由飞能储能部提供数分钟的快速供电，再平滑过渡到由提升设备113下放储能件400提供数小时以上的供电，进而构成0秒到数小时的电网用电量与发电量平衡，保证发电设备与用电设备的可靠运行。
79.作为一个示例，所述控制所述提升设备113下放所述储能件400之后，还包括：
80.若所述发电机112产生的电能的电压达到供电电压阈值，设置所述飞轮储能部111的运行模式为充电模式或待机模式。
81.提升设备113下放储能件400带动发电机112转动之后，若发电机112产生的电能的电压达到供电电压阈值，飞轮储能部111可停止发电，将飞轮储能部111的运行模式设置充电模式或待机模式。若发电机112产生的电能的电压未达到供电电压阈值，飞轮储能部111与发电机112同时产生电能。保证了用电设备的可靠运行，避免用电设备无法达到额定的出力。
82.本技术提供一种储能装置的控制方法，根据电网的用电量与发电量，设置所述飞轮储能部的运行模式；若所述飞轮储能部的运行模式为放电模式，且所述飞轮储能部的储存电能降低至预设阈值，控制所述提升设备下放所述储能件带动所述发电机转动产生电
能。当电网的发电量低于用电量时，由飞能储能部做出毫秒级的放电响应，并过渡到由提升设备做出长达数小时的放电响应，能够实时且长时间的维持电网有功功率的平衡。
83.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
84.另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
85.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
86.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。