[0001] 本实用新型涉及火电调频技术领域，具体涉及一种飞轮锂电混合储能火电调频系统。

[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] 因此，目前急需设计一种合理的调频系统，以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，从而确保电网系统的安全、稳定、可靠的运行。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缺乏合理的调频系统，导致无法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、调频作用的缺陷，从而提供一种飞轮锂电混合储能火电调频系统。

[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飞轮锂电混合储能火电调频系统，包括：第一厂用供电单元、第二厂用供电单元、第一飞轮锂电混合储能供电单元、第二飞轮锂电混合储能供电单元及隔离开关，其中，所述第一飞轮锂电混合储能供电单元分别与所述第一厂用供电单元及第二厂用供电单元连接；所述第二飞轮锂电混合储能供电单元分别与所述第一厂用供电单元及第二厂用供电单元连接；所述第一飞轮锂电混合储能供电单元通过所述隔离开关与所述第二飞轮锂电混合储能供电单元连接。

[0008] 可选地，所述第一飞轮锂电混合储能供电单元包括第一锂电池储能单元及第一飞轮储能单元。

[0009] 可选地，所述第二飞轮锂电混合储能供电单元包括第二锂电池储能单元及第二飞轮储能单元。

[0010] 可选地，所述第一锂电池储能单元包括：A套锂电池储能升压变、A套锂电池储能并网断路器、A套锂电池储能PCS及A套锂电池储能装置，其中，所述A套锂电池储能装置连接至所述A套锂电池储能PCS直流侧，所述A套锂电池储能PCS交流侧通过所述A套锂电池储能并网断路器连接至所述A套锂电池储能升压变低压侧。

[0011] 可选地，所述第一飞轮储能单元包括：A套飞轮储能升压变、A套飞轮储能并网断路器、A套飞轮储能SOP及A套飞轮储能装置，其中，所述A套飞轮储能装置连接至所述A套飞轮储能SOP直流侧，所述A套飞轮储能SOP交流侧通过所述A套飞轮储能并网断路器连接至所述A套飞轮储能升压变低压侧。

[0012] 可选地，所述第二锂电池储能单元，包括：B套锂电池储能升压变、B套锂电池储能并网断路器、B套锂电池储能PCS及B套锂电池储能装置，其中，所述B套锂电池储能装置连接至所述B套锂电池储能PCS直流侧，所述B套锂电池储能PCS交流侧通过所述B套锂电池储能并网断路器连接至所述B套锂电池储能升压变低压侧。

[0013] 可选地，所述第二飞轮储能单元包括：B套飞轮储能升压变、B套飞轮储能并网断路器、B套飞轮储能SOP及B套飞轮储能装置，其中，所述B套飞轮储能装置连接至所述B套飞轮储能SOP直流侧，所述B套飞轮储能SOP交流侧通过所述B套飞轮储能并网断路器连接至所述B套飞轮储能升压变低压侧。

[0014] 本实用新型技术方案，具有如下优点：

[0015] 本实用新型提供的一种飞轮锂电混合储能火电调频系统，包括：第一厂用供电单元、第二厂用供电单元、第一飞轮锂电混合储能供电单元、第二飞轮锂电混合储能供电单元及隔离开关，其中，第一飞轮锂电混合储能供电单元分别与第一厂用供电单元及第二厂用供电单元连接；第二飞轮锂电混合储能供电单元分别与第一厂用供电单元及第二厂用供电单元连接；第一飞轮锂电混合储能供电单元通过隔离开关与第二飞轮锂电混合储能供电单元连接。通过构造飞轮锂电混合储能辅助火电机组调频系统，并在2套飞轮锂电池混合系统中间设置隔离开关，使的混合储能分别辅助两台机组调频，或者作为一个整体辅助单台机组调频，从而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，确保电网系统的安全、稳定、可靠的运行。

[0019] 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。

[0020] 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。

[0021] 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。

[0022] 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。

[0023] 本实用新型实施例提供一种飞轮锂电混合储能火电调频系统，如图1所示，包括：第一厂用供电单元11、第二厂用供电单元12、第一飞轮锂电混合储能供电单元21、第二飞轮锂电混合储能供电单元22及隔离开关3，其中，第一飞轮锂电混合储能供电单元21分别与第一厂用供电单元11及第二厂用供电单元12连接；第二飞轮锂电混合储能供电单元22分别与第一厂用供电单元11及第二厂用供电单元12连接；第一飞轮锂电混合储能供电单元21通过隔离开关3与第二飞轮锂电混合储能供电单元22连接。

[0024] 在一具体实施例中，应用上述调频系统的火电厂包括2台火电机组。相应的，该火电厂包括2套厂用供电单元，即第一厂用供电单元11及第二厂用供电单元12。

[0025] 如图2所示，第一飞轮锂电混合储能供电单元21通过6kV1A段母线储能并网断路器1‑11连接至第一厂用供电单元11；第一飞轮锂电混合储能供电单元21通过6kV2A段母线储能并网断路器1‑13连接至第二厂用供电单元12。6kV1A段母线储能并网断路器1‑11和6kV2A段母线储能并网断路器1‑13之间设置闭锁逻辑，使第一飞轮锂电混合储能供电单元21不能同时辅助#1机和#2机同时参与调频。

[0026] 进一步地，第二飞轮锂电混合储能供电单元22通过6kV1B段母线储能并网断路器1‑12连接至第一厂用供电单元11。第二飞轮锂电混合储能供电单元22通过6kV2B段母线储能并网断路器1‑14连接至第二厂用供电单元12。6kV1B段母线储能并网断路器1‑12和6kV2B段母线储能并网断路器1‑14之间设置闭锁逻辑，使第二飞轮锂电混合储能供电单元22不能同时辅助#1机和#2机同时参与调频。

[0027] 进一步地，第一飞轮锂电混合储能供电单元21与第二飞轮锂电混合储能供电单元22通过隔离开关3隔离。当2套储能供电单元分别辅助2台机组进行频率调节时，隔离开关3断开，避免单套飞轮锂电池混合系统辅助两台机组运行，当需要2套飞轮锂电池混合系统辅助一台机组进行频率调节时，合上隔离开关3。

[0028] 进一步地，飞轮锂电池混合储能可以辅助火电机组参与一次调频和AGC调频，当参与到一次调频时，辅助AGC调频功能闭锁，在调频过程中，飞轮储能响应高频功率调节指令，锂电池响应中、低频功率调节指令。

[0029] 本实用新型提供的一种飞轮锂电混合储能火电调频系统，包括：第一厂用供电单元、第二厂用供电单元、第一飞轮锂电混合储能供电单元、第二飞轮锂电混合储能供电单元及隔离开关，其中，第一飞轮锂电混合储能供电单元分别与第一厂用供电单元及第二厂用供电单元连接；第二飞轮锂电混合储能供电单元分别与第一厂用供电单元及第二厂用供电单元连接；第一飞轮锂电混合储能供电单元通过隔离开关与第二飞轮锂电混合储能供电单元连接。通过构造飞轮锂电混合储能辅助火电机组调频系统，并在2套飞轮锂电池混合系统中间设置隔离开关，使的混合储能分别辅助两台机组调频，或者作为一个整体辅助单台机组调频，从而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，确保电网系统的安全、稳定、可靠的运行。

[0030] 在一实施例中，如图2所示，第一厂用供电单元11包括#1机分裂绕组高厂变1‑1、#1机高厂变A分支断路器1‑3、#1机高厂变B分支断路器1‑4、#1机6kV1A段母线1‑7、#1机6kV1B段母线1‑8、6kV1A段母线储能并网断路器1‑11、6kV1B段母线储能并网断路器1‑12。

[0031] 在一具体实施例中，#1机分裂绕组高厂变1‑1高压侧连接至发电机出口，低压侧通过#1机高厂变A分支断路器1‑3连接有#1机6kV1A段母线1‑7，同时#1机分裂绕组高厂变1‑1低压侧通过#1机高厂变B分支断路器1‑4连接有#1机6kV1B段母线1‑8。#1机6kV1A段母线1‑7下端口通过6kV1A段母线储能并网断路器1‑11连接有第一飞轮锂电混合储能供电单元21；#1机6kV1B段母线1‑8下端口通过所述6kV1B段母线储能并网断路器1‑12连接有第二飞轮锂电混合储能供电单元22。

[0032] 在一实施例中，如图2所示，第二厂用供电单元12包括#2机分裂绕组高厂变1‑2、#2机高厂变A分支断路器1‑5、#2机高厂变B分支断路器1‑6、#2机6kV2A段母线1‑9、#2机6kV2B段母线1‑10、6kV2A段母线储能并网断路器1‑13、6kV2B段母线储能并网断路器1‑14。

[0033] 在一具体实施例中，#2机分裂绕组高厂变1‑2高压侧连接至发电机出口，低压侧通过#2机高厂变A分支断路器1‑5连接有#2机6kV2A段母线1‑9，同时#2机分裂绕组高厂变1‑2低压侧通过#2机高厂变B分支断路器1‑6连接有#2机6kV2B段母线1‑10。#2机6kV2A段母线1‑9下端口通过6kV2A段母线储能并网断路器1‑13连接有第一飞轮锂电混合储能供电单元
21；#2机6kV2B段母线1‑10下端口通过6kV2B段母线储能并网断路器1‑14连接有第二飞轮锂电混合储能供电单元22。

[0034] 在一实施例中，如图2所示，第一飞轮锂电混合储能供电单元21包括第一锂电池储能单元211及第一飞轮储能单元212。

[0035] 在一具体实施例中，如图2所示，第一锂电池储能单元211包括：A套锂电池储能升压变2‑1、A套锂电池储能并网断路器2‑2、A套锂电池储能PCS(储能变流器，Power Conversion System)2‑3及A套锂电池储能装置2‑4，其中，A套锂电池储能装置2‑4连接至A套锂电池储能PCS2‑3直流侧，A套锂电池储能PCS2‑3交流侧通过A套锂电池储能并网断路器2‑2连接至A套锂电池储能升压变2‑1低压侧。

[0036] 进一步地，第一飞轮储能单元212包括：A套飞轮储能升压变2‑5、A套飞轮储能并网断路器2‑6、A套飞轮储能SOP(智能软开关，soft open point)2‑7及A套飞轮储能装置2‑8，其中，A套飞轮储能装置2‑8连接至A套飞轮储能SOP2‑7直流侧，A套飞轮储能SOP2‑7交流侧通过A套飞轮储能并网断路器2‑6连接至A套飞轮储能升压变2‑5低压侧。

[0037] 在一实施例中，第二飞轮锂电混合储能供电单元22包括第二锂电池储能单元221及第二飞轮储能单元222。

[0038] 在一具体实施例中，如图2所示，第二锂电池储能单元221，包括：B套锂电池储能升压变2‑10、B套锂电池储能并网断路器2‑11、B套锂电池储能PCS2‑12及B套锂电池储能装置2‑13，其中，B套锂电池储能装置2‑13连接至B套锂电池储能PCS2‑12直流侧，B套锂电池储能PCS2‑12交流侧通过B套锂电池储能并网断路器2‑11连接至B套锂电池储能升压变2‑10低压侧。

[0039] 进一步地，第二飞轮储能单元222包括：B套飞轮储能升压变2‑14、B套飞轮储能并网断路器2‑15、B套飞轮储能SOP2‑16及B套飞轮储能装置2‑17，其中，B套飞轮储能装置2‑17连接至B套飞轮储能SOP2‑16直流侧，B套飞轮储能SOP2‑16交流侧通过B套飞轮储能并网断路器2‑15连接至B套飞轮储能升压变2‑14低压侧。

[0040] 在本实用新型实施例中，A套飞轮储能SOP2‑7及B套飞轮储能SOP2‑12，采用的都是背靠背电压源全控型电力电子装置，换流器均拥有四象限功率控制能力，功率响应时间在毫秒级。应用A套飞轮储能SOP2‑7及B套飞轮储能SOP2‑12功率响应时间在毫秒级特性，快速进行充/放电，提高A套飞轮储能装置2‑8和B套飞轮储能装置2‑17响应高频功率调节指令能力。

[0041] 进一步地，A套锂电池储能PCS2‑3、B套锂电池储能PCS2‑12、A套飞轮储能SOP2‑7及B套飞轮储能SOP2‑12，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。大功率高频IGBT元器件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。

[0042] 在一实施例中，第一飞轮锂电混合储能供电单元21与第二飞轮锂电混合储能供电单元22可以分别辅助#1机组、#2机组参与一次调频和AGC调频，也可以作为一个整体辅助#1机组或者#2机组参与一次调频和AGC调频。当参与到一次调频时，辅助AGC调频功能闭锁，在调频过程中，A套飞轮储能装置2‑8和B套飞轮储能装置2‑17响应高频功率调节指令，A套锂电池储能装置2‑4和B套锂电池储能装置2‑13响应中、低频功率调节指令。

[0043] 在一实施例中，第一飞轮锂电混合储能供电单元21与第二飞轮锂电混合储能供电单元22辅助#1机进行调频，可以分为3种：1)断开隔离开关3，闭合6kV1A段母线储能并网断路器1‑11，此时6kV2A段母线储能并网断路器1‑13处于闭锁状态断开状态，闭合6kV1B段母线储能并网断路器1‑12，此时6kV2B段母线储能并网断路器1‑14处于闭锁状态断开状态。2)闭合隔离开关3，闭合6kV1A段母线储能并网断路器1‑11，断开6kV1B段母线储能并网断路器1‑12，此时第一飞轮锂电混合储能供电单元21与第二飞轮锂电混合储能供电单元22全部接入#1机6kV1A段母线1‑7；3)闭合隔离开关3，闭合6kV1B段母线储能并网断路器1‑12，断开
6kV1A段母线储能并网断路器1‑11，此时第一飞轮锂电混合储能供电单元21与第二飞轮锂电混合储能供电单元22全部接入#1机6kV1B段母线1‑8。

[0044] 在一实施例中，第一飞轮锂电混合储能供电单元21与第二飞轮锂电混合储能供电单元22辅助#2机进行调频，可以分为3种：1)断开隔离开关3，闭合6kV2A段母线储能并网断路器1‑13，此时6kV1A段母线储能并网断路器1‑11处于闭锁状态断开状态，闭合6kV2B段母线储能并网断路器1‑14，此时6kV1B段母线储能并网断路器1‑12处于闭锁状态断开状态。2)闭合隔离开关3，闭合6kV2A段母线储能并网断路器1‑13，断开6kV2B段母线储能并网断路器1‑14，此时第一飞轮锂电混合储能供电单元21与第二飞轮锂电混合储能供电单元22全部接入#2机6kV2A段母线1‑9；3)闭合隔离开关3，闭合6kV2B段母线储能并网断路器1‑14，断开
6kV2A段母线储能并网断路器1‑13，此时第一飞轮锂电混合储能供电单元21与第二飞轮锂电混合储能供电单元22全部接入#2机6kV2B段母线1‑10。

[0045] 在一实施例中，第一飞轮锂电混合储能供电单元21辅助#1机进行调频，第二飞轮锂电混合储能供电单元22辅助#2机进行调频，此时断开隔离开关3，闭合6kV1A段母线储能并网断路器1‑11，此时6kV2A段母线储能并网断路器1‑13处于闭锁状态断开状态，第一飞轮锂电混合储能供电单元21接入#1机6kV1A段母线1‑7。闭合6kV2B段母线储能并网断路器1‑14，此时6kV1B段母线储能并网断路器1‑12处于闭锁状态断开状态，第二飞轮锂电混合储能供电单元22接入#2机6kV2B段母线1‑10。

[0046] 在一实施例中，第一飞轮锂电混合储能供电单元21辅助#2机进行调频，第二飞轮锂电混合储能供电单元22辅助#1机进行调频，此时断开隔离开关3，闭合6kV2A段母线储能并网断路器1‑13，此时6kV1A段母线储能并网断路器1‑11处于闭锁状态断开状态，第一飞轮锂电混合储能供电单元21接入#2机6kV2A段母线1‑9。闭合6kV1B段母线储能并网断路器1‑12，此时6kV2B段母线储能并网断路器1‑14处于闭锁状态断开状态，第二飞轮锂电混合储能供电单元22接入#1机6kV1B段母线1‑8。

[0047] 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。