[0001] 本实用新型涉及火电调频技术领域，具体涉及一种基于火电厂的混合储能系统。

[0002] 随着风电和光伏的并网量增加、互联大电网的快速发展、大容量发电和远距离输电，使得电力系统的调频任务更加繁重。

[0003] 目前中国调频电源主要是火电机组与水电机组，工作原理是通过调整机组有功出力，跟踪系统频率变化。首先火电机组与水电机组通常存在响应时滞长，机组爬坡速率低等问题，无法准确跟踪电网调度指令，暴露出调节时间延迟、调节偏差和调节反向等现象；其次火电机组与水电机组频繁的变换功率运行，对机组设备疲劳和磨损有一定的加重，影响机组运行寿命。

[0004] 作为我国能源变革关键技术支撑之一的大规模储能技术，因为其可以为电网提供调峰、调频、应急响应等多种辅助服务，近年来受到了业内的广泛关注。但目前的储能系统在辅助火电机组进行调峰、调频时无法同时兼顾一二次调频，导致无法有效地对与高比例风力发电和太阳能发电相关的波动性和不确定性进行管理起到调峰、调频作用。实用新型内容

[0005] 因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中无法同时兼顾一二次调频的缺陷，从而提供一种基于火电厂的混合储能系统。

[0006] 为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

[0007] 本实用新型实施例提供一种基于火电厂的混合储能系统包括：厂用供电单元、锂电池储能装置及飞轮储能单元，其中，所述锂电池储能装置通过工频变压器接入厂用供电单元；所述飞轮储能单元通过飞轮储能并网断路器接入所述厂用供电单元。

[0008] 可选地，所述厂用供电单元包括：发电机组、火电主变压器、高厂变及多段厂用母线，其中，所述发电机组出口分别与所述火电主变压器及所述高厂变高压侧连接，所述高厂变低压侧分别与多段厂用母线连接。

[0009] 可选地，所述锂电池储能装置包括：多套锂电池储能单元，所述锂电池储能单元与厂用母线一一对应设置，所述锂电池储能单元与其对应的厂用母线连接。

[0010] 可选地，所述锂电池储能单元包括：锂电池储能工频升压变压器、锂电池储能并网断路器、锂电池储能直‑交换流器及锂电池储能设备，其中，所述套锂电池储能工频升压变压器高压侧连接至所述厂用母线，所述锂电池储能直‑交换流器的交流侧通过所述锂电池储能并网断路器连接至所述锂电池储能工频升压变压器低压侧，所述锂电池储能直‑交换流器的直流侧与所述锂电池储能设备连接。

[0011] 可选地，所述飞轮储能单元包括：飞轮储能单元隔离开关、飞轮储能电力电子变压器、飞轮储能并网断路器、飞轮储能交‑交换流器及飞轮储能设备，其中，所述飞轮储能电力电子变压器高压侧通过所述飞轮储能单元隔离开关与所述发电机组出口连接，所述飞轮储能电力电子变压器低压侧通过所述飞轮储能并网断路器与所述飞轮储能交‑交换流器的交流流出侧连接，所述飞轮储能交‑交换流器的交流流入侧与所述飞轮储能设备连接。

[0012] 可选地，所述飞轮储能电力电子变压器包括：飞轮储能电力电子变压器高压侧换流器、飞轮储能电力电子变压器高频DC‑DC变压器、所述飞轮储能电力电子变压器低压侧换流器、飞轮储能电力电子变压器高压侧滤波电容及飞轮储能电力电子变压器低压侧滤波电容，其中，所述飞轮储能电力电子变压器高压侧换流器交流侧通过所述飞轮储能单元隔离开关与所述发电机组出口连接，所述飞轮储能电力电子变压器高频DC‑DC变压器高压侧通过所述飞轮储能电力电子变压器高压侧滤波电容与所述飞轮储能电力电子变压器高压侧换流器直流侧连接，所述飞轮储能电力电子变压器低压侧换流器通过所述飞轮储能电力电子变压器低压侧滤波电容与所述轮储能电力电子变压器高频DC‑DC变压器低压侧连接，所述飞轮储能交‑交换流器交流送出侧通过所述飞轮储能并网断路器与所述飞轮储能电力电子变压器低压侧换流器交流侧连接。

[0013] 本实用新型技术方案，具有如下优点：

[0014] 本实用新型提供的一种基于火电厂的混合储能系统包括：厂用供电单元、锂电池储能装置及飞轮储能单元，其中，所述锂电池储能装置通过工频变压器接入厂用供电单元；所述飞轮储能单元通过飞轮储能并网断路器接入所述厂用供电单元。以频率调节不同，作为混合储能分频控制依据。在辅助火电机组进行频率调节过程中，应用飞轮储能单元快速功率调节能力，来响应高频功率调节指令即一次调频指令。应用锂电池储能装置储存电量大的特点，响应中、低频功率调节指令即二次调频指令。锂电池储能装置和飞轮储能单元相互配合，达到同时兼顾一二次调频的目的。

[0018] 下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0019] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0020] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

[0021] 此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

[0022] 本实用新型实施例提供一种基于火电厂的混合储能系统包括：如图1所示，包括：厂用供电单元1、锂电池储能装置2及飞轮储能单元3，其中，锂电池储能装置2通过工频变压器接入厂用供电单元1；飞轮储能单元3通过飞轮储能并网断路器接入厂用供电单元1。

[0023] 在一具体实施例中，每台火电机组配备一套厂用供电单元1。当火电机组数量变更时，厂用供电单元1数量也进行适应性变更。在本实用新型实施例中，仅以一套厂用供电单元1为例进行说明。

[0024] 在本实用新型实施例中，锂电池储能装置2通过内部的工频变压器接入厂用供电单元1，锂电池储能利用大容量特性，辅助火电机组进行二次大功率调频。飞轮储能单元3通过内部的飞轮储能并网断路器接入厂用供电单元1，飞轮储能利用短时大功率充放电特性，辅助火电机组一次调频的混合储能系统。由飞轮储能+锂电池储能构成的混合储能通过不同变压器接入火电机组，辅助火电机组兼顾一二次调频。在本实用新型实施例中，锂电池储能装置2内部的工频变压器及飞轮储能单元3飞轮储能并网断路器均未在图1中示出。

[0025] 本实用新型提供的一种基于火电厂的混合储能系统包括：厂用供电单元、锂电池储能装置及飞轮储能单元，其中，所述锂电池储能装置通过工频变压器接入厂用供电单元；所述飞轮储能单元通过飞轮储能并网断路器接入所述厂用供电单元。以频率调节不同，作为混合储能分频控制依据。在辅助火电机组进行频率调节过程中，应用飞轮储能单元快速功率调节能力，来响应高频功率调节指令即一次调频指令。应用锂电池储能装置储存电量大的特点，响应中、低频功率调节指令即二次调频指令。锂电池储能装置和飞轮储能单元相互配合，达到同时兼顾一二次调频的目的。锂电池储能装置和飞轮储能单元相互配合不仅增加火电机组调频性能，也可以延长储能系统使用寿命。

[0026] 在一实施例中，如图2所示，厂用供电单元1包括：发电机组1‑1、火电主变压器1‑2、高厂变1‑3及多段厂用母线。

[0027] 在一具体实施例中，在电力系统中，高厂变1‑3一般选取双绕组双分裂绕组高厂变，即高厂变1‑3低压侧分为A、B两个分支。在本实用新型实施例中，高厂变以图2所示的双绕组双分裂绕组高厂变为例进行说明。当高厂变1‑3确定为双绕组双分裂绕组高厂变时，厂用母线的数量也就相应的确定了，高厂变1‑3低压侧每个分支对应一段厂用母线。具体地，高厂变1‑3低压侧A分支对应连接厂用6kVA段母线1‑6，高厂变1‑3低压侧B分支对应连接厂用6kVB段母线1‑7。进一步地，高厂变1‑3低压侧每个分支上还设置有断路器。

[0028] 具体地，如图2所示，发电机组1‑1出口连接有火电主变压器1‑2，通过火电主变压器1‑2升压后并入电网系统，分裂绕组高厂变1‑3高压侧连接至发电机组1‑1出口，分裂绕组高厂变1‑3低压侧分为A、B之路，厂用6kVA段母线1‑6通过高厂变A分支断路器1‑4连接至分裂绕组高厂变1‑3低压侧A分支，厂用6kVB段母线1‑7通过高厂变B分支断路器1‑5连接至分裂绕组高厂变1‑3低压侧B分支。

[0029] 在一实施例中，锂电池储能装置2包括：多套锂电池储能单元，锂电池储能单元与厂用母线一一对应设置，锂电池储能单元与其对应的厂用母线连接。

[0030] 在一具体实施例中，如图2所示，由于厂用母线设置A、B两段，因此锂电池储能装置2也需设置两套锂电池储能单元，用于在每段厂用母线上均连接一套锂电池储能单元。在本实用新型实施例中，锂电池储能装置2包括套A套锂电池储能单元及B套锂电池储能单元。

[0031] 在本实用新型实施例中，A锂电池储能单元包括：A套锂电池储能工频升压变2‑1、A套锂电池储能并网断路器2‑2、A套锂电池储能直‑交换流器2‑3及A套锂电池储能设备2‑4。其中，A套锂电池储能工频升压变2‑1高压侧连接至厂用6kVA段母线1‑6，A套锂电池储能直‑交换流器2‑3交流侧通过A套锂电池储能并网断路器2‑2连接至A套锂电池储能工频升压变
2‑1低压侧，A套锂电池储能直‑交换流器2‑3直流侧与A套锂电池储能设备2‑4连接。

[0032] 进一步地，B锂电池储能单元包括：B套锂电池储能工频升压变2‑5、B套锂电池储能并网断路器2‑6、B套锂电池储能直‑交换流器2‑7及B套锂电池储能设备2‑8。其中，B套锂电池储能工频升压变2‑5高压侧连接至厂用6kVB段母线1‑7，B套锂电池储能直‑交换流器2‑7交流侧通过B套锂电池储能并网断路器2‑6连接至B套锂电池储能工频升压变2‑5低压侧，B套锂电池储能直‑交换流器2‑7直流侧与B套锂电池储能设备2‑8连接。

[0033] 在一实施例中，如图2所示，飞轮储能单元3包括：飞轮储能单元隔离开关3‑1、飞轮储能电力电子变压器3‑10、飞轮储能并网断路器3‑7、飞轮储能交‑交换流器3‑8及飞轮储能设备3‑9。

[0034] 在一具体实施例中，如图2所示，飞轮储能电力电子变压器3‑10包括：飞轮储能电力电子变压器高压侧换流器3‑2、飞轮储能电力电子变压器高频DC‑DC变压器3‑4、飞轮储能电力电子变压器低压侧换流器3‑6、飞轮储能电力电子变压器高压侧滤波电容3‑3及飞轮储能电力电子变压器低压侧滤波电容3‑5。其中，飞轮储能电力电子变压器高压侧换流器3‑2交流侧通过飞轮储能单元隔离开关3‑1与发电机组1‑1出口连接，飞轮储能电力电子变压器高频DC‑DC变压器3‑4高压侧通过飞轮储能电力电子变压器高压侧滤波电容3‑3与飞轮储能电力电子变压器高压侧换流器3‑2直流侧连接，飞轮储能电力电子变压器低压侧换流器3‑6通过飞轮储能电力电子变压器低压侧滤波电容3‑5与飞轮储能电力电子变压器高频DC‑DC变压器3‑4低压侧连接，飞轮储能交‑交换流器3‑8交流送出侧通过飞轮储能并网断路器3‑7与飞轮储能电力电子变压器低压侧换流器3‑6交流侧连接，飞轮储能交‑交换流器3‑8交流流入侧连接有飞轮储能设备3‑9。

[0035] 在本实用新型实施例中，采用由飞轮储能电力电子变压器高压侧换流器3‑2、飞轮储能电力电子变压器高频DC‑DC变压器3‑4、飞轮储能电力电子变压器低压侧换流器3‑6构成的电力电子变压器，具有功率快速调节能力及飞轮储能短时大功率充放电特性，快速响应一次调频指令，控制方式灵活，换流器可以实现单位功率因数运行或根据火电调节需求，按照给定的功率因数运行。因为一次调频指令存在调频区间，所以无需配置大容量飞轮储能单元，飞轮储能单元3造价得到进一步控制。

[0036] 进一步地，采用飞轮储能电力电子变压器高频DC‑DC变压器3‑4，占地体积相较于工频变压器大幅度缩小，也可不配置工频变压器需要的继电保护相关一次、二次设备，更适用于飞轮储能辅助火电机组进行一次调频工况。采用飞轮储能电力电子变压器高压侧滤波电容3‑3、飞轮储能电力电子变压器低压侧滤波电容3‑5，可以在电力电子变压器中实现无功补偿、交流高次谐波抑制功能，可以实现端口间的故障隔离。

[0037] 在一实施例中，锂电池储能装置2通过分裂绕组高厂变1‑3接入厂用电辅助火电机组二次调频，飞轮储能单元3通过由飞轮储能电力电子变压器高压侧换流器3‑2、飞轮储能电力电子变压器高压侧滤波电容3‑3、飞轮储能电力电子变压器高频DC‑DC变压器3‑4、飞轮储能电力电子变压器低压侧滤波电容3‑5、飞轮储能电力电子变压器低压侧换流器3‑6构成的飞轮储能电力电子变压器，接入发电机出口辅助火电机组一次调频。由锂电池储能装置2+飞轮储能单元3构成的混合储能通过不同变压器接入火电发电厂用单元1，当发生故障时，可以分段隔离故障区，避免故障扩散。

[0038] 在一具体实施例中，A套锂电池储能直‑交换流器2‑3、B套锂电池储能直‑交换流器2‑7和飞轮储能交‑交换流器3‑8，所采用的大功率高频IGBT元器件，可以实现单位功率因数运行或根据用电负荷实时功率调节需求，按照给定的功率因数运行。所能提供的最大短路电流不超过其额定电流的1.5倍，保护判断逻辑简单、高效。

[0039] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。