一種利用索道運輸儲能的風(fēng)電功率調(diào)節(jié)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用索道運輸儲能的風(fēng)電功率調(diào)節(jié)裝置，該裝置包括：重物輸送單元；高海拔重物處理裝置和低海拔重物處理裝置，分別位于重物輸送單元兩端；連接于所述重物輸送單元的驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動重物輸送單元的運作；連接于所述重物輸送單元的發(fā)電裝置，用于將釋放的能量轉(zhuǎn)為電能；以及連接于所述重物輸送單元的低電壓穿越控制單元，用于調(diào)節(jié)所述風(fēng)電功率。通過本發(fā)明的裝置可實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換效率高、充/放電反應(yīng)速度控制靈活、能量儲存容量大、生態(tài)友好、建設(shè)成本和維護費用都較低、規(guī)模容易控制等有益效果。
【專利說明】—種利用索道運輸儲能的風(fēng)電功率調(diào)節(jié)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)電/送電領(lǐng)域，具體涉及一種利用索道運輸儲能的風(fēng)電功率調(diào)節(jié)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著能源和環(huán)境的壓力增大，風(fēng)力發(fā)電作為最成熟的可再生能源發(fā)電技術(shù)得到迅猛發(fā)展。風(fēng)能的輸出功率天然具有波動性。根據(jù)風(fēng)電功率波動的特點，功率波動可見分為2類:1)瞬態(tài)波動功率Plreak,由風(fēng)速瞬間大幅度增大或減少引起。該波動幅值大，但持續(xù)時間較小。2)穩(wěn)態(tài)波動功率Psteady。該功率波動的幅度小，但所占比重很大，持續(xù)時間長，能量波動很大。
[0003]風(fēng)電的功率波動會造成以下兩個問題:第一，能量利用效率低，穩(wěn)態(tài)功率在夜間較大，但用電量很小；第二，瞬態(tài)功率波動還造成了低電壓穿越等問題。當(dāng)電網(wǎng)電壓過低時，電網(wǎng)無法吸納風(fēng)力機發(fā)出的功率，為避免風(fēng)機轉(zhuǎn)子過速或變流器過壓、過流，風(fēng)機被迫退出工作，使電網(wǎng)的電壓再次下降。以上兩種缺陷嚴(yán)重限制了風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)應(yīng)用為了減小風(fēng)力發(fā)電功率波動對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，電網(wǎng)公司對并網(wǎng)運行風(fēng)電場的最大功率波動進行了規(guī)定，且要求風(fēng)電機組采用電壓控制方式。
[0004]目前，調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電有功功率波動多采用降額發(fā)電的方法，但這種方法直接影響了風(fēng)能的利用效率，且調(diào)節(jié)能力有限；而風(fēng)電的無功功率波動通常采用STATC0M等FACTS裝置進行調(diào)節(jié)，但無功補償裝置無法抑制有功功率波動。因此，需要開發(fā)帶有儲能設(shè)備的功率調(diào)節(jié)裝置，該裝置可以根據(jù)調(diào)度指令快速調(diào)節(jié)風(fēng)電場的有功功率和無功功率，以保證風(fēng)電廠的供電質(zhì)量，提高風(fēng)能利用效率，特別是低電壓穿越能力。
[0005]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，對瞬態(tài)功率波動調(diào)節(jié)效果很差的問題，短期內(nèi)無法得到大規(guī)模應(yīng)用。抽水蓄能法的應(yīng)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(zhì)條件。然而，風(fēng)電廠多位于干旱的山區(qū)或半山區(qū)，無法建造抽水蓄能電站。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用索道運輸?shù)膬δ芊椒▉碚{(diào)節(jié)風(fēng)電功率波動的裝置。
[0007]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0008]一種利用索道運輸儲能的風(fēng)電功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，該裝置包括:
[0009]重物輸送單元；
[0010]高海拔重物處理裝置和低海拔重物處理裝置，分別位于重物輸送單元兩端；
[0011]連接于所述重物輸送單元的驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動重物輸送單元的運作；
[0012]連接于所述重物輸送單元的發(fā)電裝置，用于將釋放的能量轉(zhuǎn)為電能；以及[0013]連接于所述重物輸送單元的低電壓穿越控制單元，用于調(diào)節(jié)所述風(fēng)電功率。
[0014]優(yōu)選地，所述重物輸送單元用于傳輸重物，包括:纜車，承托及牽引纜車的索道，承載索道的承載塔和轉(zhuǎn)動輪；所述索道包括上行索道和下行索道；所述纜車通過卡件固接于所述索道；所述承載塔為塔架結(jié)構(gòu)，包括鋼管、支架、滑輪、卡件，所述滑輪承載所述索道且不阻止索道的定向移動；所述轉(zhuǎn)動輪設(shè)有溝槽，所述索道工作時位于溝槽內(nèi)。
[0015]優(yōu)選地，所述高海拔重物處理裝置和低海拔重物處理裝置均包括重物堆放場和重物自動裝卸裝置，該裝卸裝置用于裝載和卸載所述重物。
[0016]優(yōu)選地，所述驅(qū)動裝置為電動機，該電動機與所述重物輸送單元的轉(zhuǎn)動輪連接；所述發(fā)電裝置包括發(fā)電機和變壓器；所述重物輸送單元的轉(zhuǎn)動輪與該發(fā)電機連接并帶動發(fā)電機運作。
[0017]優(yōu)選地，所述低電壓穿越控制單元包括變速器、控制電路和輸電線路；所述控制電路和輸電線路位于風(fēng)電場端，用于控制其輸出功率；所述變速器連接于所述重物輸送單元的轉(zhuǎn)動輪。
[0018]優(yōu)選地，該功率調(diào)節(jié)裝置包括電源輸入裝置和電源輸出裝置，所述輸入裝置包括輸電線路、輸電塔架和變壓器；所述輸出裝置包括輸電線路和輸電塔架。
[0019]優(yōu)選地，所述高海拔重物處理裝置和低海拔重物處理裝置設(shè)于不同海拔高度的場地；輸送索道連接兩場地的中間部分呈傾斜狀，位于兩場地之上的部分為水平狀，并通過承載塔上的滑輪變換角度。
[0020]優(yōu)選地，所述下行索道的承載力大于所述上行索道；所述纜車的重心和固接承載索的卡件位于同一鉛垂線上。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0022](I)能量轉(zhuǎn)換效率高
[0023]本裝置將電能轉(zhuǎn)換為機械能，再有機械能轉(zhuǎn)換為電能。在能量儲存期間，重物靜止于原地，沒有額外能量損耗。
[0024]( 2 )充/放電速度控制靈活
[0025]控制重物上升/下降的速度即可控制該儲能裝置充電/放電的功率?？刂品椒ǚ浅：唵危曳磻?yīng)速度也很快。因此，尤其有利于解決的風(fēng)電發(fā)電機組的低電壓穿越問題。
[0026](3)能量儲存容量大
[0027]當(dāng)重物的密度為5噸/米3，堆放場的長寬均為400米，堆放高度為高度為20米，高低堆放場的落差為200米時,該裝置可儲存的電能為8.889*106千瓦小時，已經(jīng)超過了我國天荒坪抽水蓄能電站的電能存儲量。
[0028](4)生態(tài)友好
[0029]該裝置不需要截斷河流，不會破壞生態(tài)環(huán)境；在能量轉(zhuǎn)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(fēng)電廠多位于人跡罕至的荒涼地帶，該污染不會帶來嚴(yán)重的問題。
[0030](5)建設(shè)成本和維護費用都較低
[0031]該裝置中的重物可就地取材，砂石即可；纜車、鐵索等均為成熟的技術(shù)，建設(shè)成本可以接受；該裝置可利用自然山巒提供高差，不必采用挖井等人工手段；同時，相對于鐵軌等運輸方法，索道運輸造價低，可跨域復(fù)雜的地形。該裝置所需的重物不會在儲能過程中幾乎不會發(fā)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。
[0032](6)規(guī)模容易控制
[0033]當(dāng)該裝置的儲能規(guī)模較小時，可以解決風(fēng)電場瞬時功率波動的問題，提高它的低電壓穿越能力；當(dāng)該裝置的儲能規(guī)模較大時，即可承擔(dān)大電網(wǎng)的調(diào)峰任務(wù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是本發(fā)明利用索道運輸儲能的風(fēng)電功率調(diào)節(jié)裝置整體結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖2是本發(fā)明風(fēng)電功率調(diào)節(jié)裝置的風(fēng)電廠平面布置圖；
[0036]圖3是本發(fā)明低電壓穿越控制單元電路圖；
[0037]其中，1-風(fēng)電機組，2-輸電線路，3-輸電桿塔，4-低電壓穿越電力電子控制單元，5-高海拔轉(zhuǎn)動輪，6-高海拔重物處理裝置，7-電動機，8-上行索道上的纜車，9-下行索道上的纜車，10-承載塔，11-卡件，12-支架，13-滑輪，14-低海拔轉(zhuǎn)動輪，15-低海拔重物處理裝置，16-發(fā)電機，17-變壓器，18-大電網(wǎng)。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0039]1.該裝置包括以下幾個部分
[0040]重物輸送單元、高海拔重物處理裝置、低海拔重物處理裝置、驅(qū)動裝置、發(fā)電裝置和低電壓穿越控制單元；如圖1所示，所述重物輸送單元包括:纜車，承托及牽引纜車的索道，承載索道的承載塔和轉(zhuǎn)動輪；所述索道包括上行索道和下行索道；所述纜車通過卡件固接于所述索道；所述承載塔為塔架結(jié)構(gòu)，包括鋼管、支架、滑輪、卡件，所述滑輪承載所述索道且不阻止索道的定向移動；所述轉(zhuǎn)動輪設(shè)有溝槽，所述索道工作時位于溝槽內(nèi)。
[0041]高海拔重物處理裝置和低海拔重物處理裝置均包括重物堆放場和重物自動裝卸裝置；
[0042]驅(qū)動裝置為電動機，該電動機與重物輸送單元的轉(zhuǎn)動輪連接；發(fā)電裝置包括發(fā)電機和變壓器；重物輸送單元的轉(zhuǎn)動輪與該發(fā)電機連接并帶動發(fā)電機運作；
[0043]低電壓穿越控制單元包括變速器、控制電路和輸電線路；控制電路和輸電線路位于風(fēng)電場端，用于控制其輸出功率；變速器連接于所述重物輸送單元的轉(zhuǎn)動輪；該變速器主要依靠控制電機的電磁轉(zhuǎn)矩來控制重物下降或上升的速度，來實現(xiàn)對穩(wěn)態(tài)功率和瞬態(tài)功率的調(diào)節(jié)。下面以永磁同步發(fā)電機為例說明。它的電磁轉(zhuǎn)矩為:
[0044]Tf = -Pφieq
[0045]其中p為電機極對數(shù)；W為轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈；U為定子電流的q軸分量。
[0046]直流側(cè)輸出到索道儲能系統(tǒng)的有功功率p與索道驅(qū)動電機的電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速的關(guān)系為:
[0047]p = Tw
[0048]從上面2個公式可知，已知發(fā)電機轉(zhuǎn)速的情況下，變速器通過控制q軸電流分量，就能控制索道驅(qū)動電機的電磁轉(zhuǎn)矩，從而控制直流側(cè)輸出到索道儲能裝置的有功功率，進而控制重物的速度。
[0049]該功率調(diào)節(jié)裝置包括電源輸入裝置和電源輸出裝置，所述輸入裝置包括輸電線路、輸電塔架和變壓器；所述輸出裝置包括輸電線路和輸電塔架。
[0050]高海拔重物處理裝置和低海拔重物處理裝置設(shè)于不同海拔高度的場地；輸送索道連接兩場地的中間部分呈傾斜狀，位于兩場地之上的部分為水平狀，并通過承載塔上的滑輪變換角度。
[0051]2.該裝置的工作狀態(tài)可分為4個狀態(tài):
[0052](I)針對穩(wěn)態(tài)功率波動的充電狀態(tài)。風(fēng)電廠利用無法輸入至電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)功率帶動承載索運動，低海拔的重物處理裝置不斷向纜車中裝入重物，裝入重物的纜車通過承載索帶動，從低海拔地區(qū)運送到高海拔地區(qū)，高海拔重物處理裝置將重物從纜車中取出并按順序堆放到重物堆中，從而實現(xiàn)能量的儲存。在該階段，該裝置可以吸收的能量為:
[0053]Es = mgh
[0054]其中:m為重物的質(zhì)量，g為重力加速度，h為高低堆放地之間的落差。
[0055](2)針對穩(wěn)態(tài)功率波動放電階段。該階段主要涉及勢能與電能之間的轉(zhuǎn)換。高海拔重物處理裝置將重物從重物堆中平穩(wěn)放入纜車中纜車下降帶動承載索，轉(zhuǎn)動輪與承載索同步運動，重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動輪的機械能，轉(zhuǎn)動輪運動帶動發(fā)電機運動，從而將機械能轉(zhuǎn)化為電能。該階段可釋放至大電網(wǎng)的電能為:
[0056]Ef = umgh
[0057]其中u能量輸出階段的能量轉(zhuǎn)換效率。
[0058](3)針對瞬態(tài)功率波動的充電階段。該階段涉及了勢能、動能和電能的轉(zhuǎn)換。利用上行索道系統(tǒng)中重物的慣性，快速使該重物加速上升，以實現(xiàn)對瞬態(tài)功率的吸收。當(dāng)風(fēng)機的發(fā)電功率大于網(wǎng)測換流器的允許值時，直流母線上的電壓會上升；如圖3所示。當(dāng)直流母線上的電壓超限時，就將超限部分電流引入到索道儲能裝置中，驅(qū)動重物加速上升，將電能轉(zhuǎn)換為重物的勢能和動能儲存起來。
[0059]該裝置可吸收的瞬時功率可由以下公式計算:
[0060]
【權(quán)利要求】
1.一種利用索道運輸儲能的風(fēng)電功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，該裝置包括: 重物輸送單元； 高海拔重物處理裝置和低海拔重物處理裝置，分別位于重物輸送單元兩端； 連接于所述重物輸送單元的驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動重物輸送單元的運作； 連接于所述重物輸送單元的發(fā)電裝置，用于將釋放的能量轉(zhuǎn)為電能；以及 連接于所述重物輸送單元的低電壓穿越控制單元，用于調(diào)節(jié)所述風(fēng)電功率。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述重物輸送單元用于傳輸重物，包括:纜車，承托及牽引纜車的索道，承載索道的承載塔和轉(zhuǎn)動輪；所述索道包括上行索道和下行索道；所述纜車通過卡件固接于所述索道；所述承載塔為塔架結(jié)構(gòu)，包括鋼管、支架、滑輪、卡件，所述滑輪承載所述索道且不阻止索道的定向移動；所述轉(zhuǎn)動輪設(shè)有溝槽，所述索道工作時位于溝槽內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述高海拔重物處理裝置和低海拔重物處理裝置均包括重物堆放場和重物自動裝卸裝置，該裝卸裝置用于裝載和卸載所述重物。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述驅(qū)動裝置為電動機，該電動機與所述重物輸送單元的轉(zhuǎn)動輪連接；所述發(fā)電裝置包括發(fā)電機和變壓器；所述重物輸送單元的轉(zhuǎn)動輪與該發(fā)電機連接并帶動發(fā)電機運作。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述低電壓穿越控制單元包括變速器、控制電路和輸電線路；所述控制電路和輸電線路位于風(fēng)電場端，用于控制其輸出功率；所述變速器連接于所述重物輸送單元的轉(zhuǎn)動輪。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:該功率調(diào)節(jié)裝置包括電源輸入裝置和電源輸出裝置，所述輸入裝置包括輸電線路、輸電塔架和變壓器；所述輸出裝置包括輸電線路和輸電塔架。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述高海拔重物處理裝置和低海拔重物處理裝置設(shè)于不同海拔高度的場地；輸送索道連接兩場地的中間部分呈傾斜狀，位于兩場地之上的部分為水平狀，并通過承載塔上的滑輪變換角度。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于:所述下行索道的承載力大于所述上行索道；所述纜車的重心和固接承載索的卡件位于同一鉛垂線上。
【文檔編號】B61B7/00GK103448734SQ201310332029
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】劉海鋒, 王旭明, 張霞, 朱斌榮, 楊靖波 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院