[發(fā)明專利]一種基于磁齒輪耦合的同步調相機儲能方法

有效

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• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN112952873B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設計）人: 李志強;孫華東;郭強;王東陽;李文鋒
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/30
• 分類號: H02J3/30;H02J3/24
• 代理公司: 北京工信聯(lián)合知識產權代理有限公司 11266
• 代理人: 姜麗樓

本發(fā)明公開了一種基于磁齒輪耦合的同步調相機儲能方法，屬于電機及電器技術領域。本發(fā)明方法，包括：使用磁齒輪將調相機和飛輪裝置進行電氣耦合連接；設置磁齒輪的調磁鐵塊的個數(shù)與內層轉子個數(shù)的比，等于飛輪裝置的轉速與調相機的轉速比；使磁齒輪連接三相交流變流器，使變流器承擔的調頻功率與飛輪裝置的調速范圍成正比關系；通過調節(jié)飛輪裝置的轉速，控制同步調相機的儲能。本發(fā)明兼具傳統(tǒng)同步調相機和飛輪儲能兩者的優(yōu)點，除了大幅提升調相機固有慣量支撐能力外，還使調相機具備了一次調頻能力，本發(fā)明通過磁齒輪成倍提升了飛輪轉速，可以配置較小的飛輪實現(xiàn)調相機慣性時間常數(shù)的大幅提升。

技術領域

本發(fā)明涉及電機及電器技術領域，并且更具體地，涉及一種基于磁齒輪耦合的同步調相機儲能方法。

背景技術

隨著國家能源戰(zhàn)略的推進，十四五期間每年新能源裝機將突破1億千瓦，新能源比例的大幅提高時電力系統(tǒng)電力電子化趨勢日益加重，電力系統(tǒng)的電壓支撐、慣量支撐和調頻能力持續(xù)減弱，嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。為此，2019年發(fā)布的GB 38755《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》要求新能源場站應向系統(tǒng)提供一定的短路容量和慣量支撐；同時要求新能源場站應提高調節(jié)能力，必要時應配置燃氣電站、抽水蓄能電站、儲能電站等調節(jié)資源及調相機、靜止同步補償器、靜止無功補償器等動態(tài)無功調節(jié)設備。

根據(jù)以往研究成果和國標要求，利用小型分布式調相機對新能源地區(qū)進行就地無功補償和慣量支撐可望較好地解決新能源消納和提升電網穩(wěn)定水平問題，是當前主要技術方案之一。目前新型分布式調相機可以向系統(tǒng)提供4-5倍自身額定容量的短路容量，不過其轉動慣量只有同容量發(fā)電機組的30％～50％，考慮到調相機容量通常只有配套新能源場站或分布式能源額定容量的25％，因此調相機對系統(tǒng)的慣性支撐能力相對匱乏。

此外，隨著GB 38755的發(fā)布，新能源場站一次調頻也將面臨更加嚴格的考核，新能源場站預留備用容量或增加儲能設備參與一次調頻可能是未來主要的技術方向。然而，預留備用容量無疑會降低新能源的有效利用小時數(shù)，經濟效益不佳。目前適合于新能源場站的儲能主要有電儲能和機械儲能兩類，飛輪機械儲能使用壽命很長，適合于需要頻繁調節(jié)的場合，但儲能容量通常較??；電儲能容量較大，但頻繁充放電會嚴重影響使用壽命；因此機械儲能+電儲能的方式更符合新能源一次調頻的技術方向。

傳統(tǒng)調相機除了對新能源場站的慣量支撐能力有所欠缺外，更是無法提供一次調頻的支持。

發(fā)明內容

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種基于磁齒輪耦合的同步調相機儲能方法，包括：

使用磁齒輪將調相機和飛輪裝置進行電氣耦合連接；

設置磁齒輪的調磁鐵塊的個數(shù)與內層轉子個數(shù)的比，等于飛輪裝置的轉速與調相機的轉速比；

使磁齒輪連接三相交流變流器，使變流器承擔的調頻功率與飛輪裝置的調速范圍成正比關系；

通過調節(jié)飛輪裝置的轉速，控制同步調相機的儲能。

可選的，磁齒輪為無級變速磁齒輪或可變速柔性齒輪。

可選的，飛輪裝置置于真空箱體中。

可選的，調相機與飛輪裝置還可以通過磁齒輪進行機械連接。

可選的，調相機與磁齒輪間，磁齒輪與飛輪裝置之間使用軸連器連接。

可選的，調節(jié)飛輪裝置的轉速，包括：調節(jié)飛輪裝置轉速高于額定轉速且處于升速階段，調節(jié)飛輪裝置轉速高于額定轉速且處于降速階段，調節(jié)飛輪轉速低于額定轉速且處于降速階段和調節(jié)飛輪轉速低于額定轉速且處于升速階段。