[发明专利]用于运行抽水蓄能电站的电单元的方法

说明书

技术领域

本发明涉及抽水蓄能电站，尤其是抽水蓄能电站的电单元，其包括频率变换器和旋转电同步电机以及用于运行电单元的方法。

背景技术

再生能量源（例如风能和太阳能）供应了在电力需求的不断增加的部分。这个能量源在此包括不连续的运行时间。因此从这个能量源不能确保对用户的电力的直接并且持久供应。对此必须使用能量存储器，该能量存储器允许电力过剩和电力不足之间快速切换并且其功率和能量流动方向可以迅速并且不断地变化。

在此存在不同系统作为能量存储器使用，该不同系统尤其分别适合用于确定的能量数量和应用情况。对于直至大约20MWh的小能量数量，根据应用，优选使用动力存储器(例如飞轮)，电化学存储器(电池，氧化还原流电池)，或电磁存储器(电容器，超级电容器，超导线圈)。对于直到若干100MWh的中等能量数量，原则上热力学存储器(压缩空气存储器，电热存储器)尤其良好地适合。对于通常超过100MWh并且大多超过1GWh的大能量数量使用泵存储器。

泵存储器或抽水蓄能电站由于大可存储的能量数量尤其感兴趣。在此用过剩电力将水从第一自然或对此人工建设的蓄水池泵吸到第二，位置更高的蓄水池。电能量在此转化为势能。为恢复电力水从位置更高的蓄水池通过涡轮机向回传导到更低的蓄水池中。对于这个系统，转化过程中的损失的最小化尤其重要。

现代泵存储器具有转速可变的驱动。通过将机器的转速与网络频率耦合可以如此调节泵和涡轮机旋转速度，使得它们在接近最优的有效度上运行。此外允许泵吸运行中转速的变化，功率容纳自由调整。尤其是具有可变转速的系统可以快速从停止状态与网络相连或同步。

根据现有技术的泵存储器具有双供给的异步电机和功率电子变频器，以此实现泵和涡轮机的转速调节。因此一方面调节泵功率并且另一方面在需要时可以提高设备的有效度。

在用于泵或涡轮机的转速调节的实施方式中使用同步电机，其定子借助于具有可调频率的三相电流供给。在此频率变换借助于结合整流器和逆变器产生，它们通过电压或者电流中间电流彼此连接。

为运行抽水蓄能电站例如为在涡轮机运行中发动，为在泵吸运行中发动并且为从涡轮机运行转换到泵吸运行或从泵吸运行转换到涡轮机运行需要花费大的方法。

为在涡轮机运行中发动例如首先将水慢速地从蓄水池给到涡轮机以便发动涡轮机。仅当机器的定子电压与电网同步并且具有正确的相位位置时，机器功率可以输送到电网中。

为在泵吸运行中发动例如泵首先排去水。对此经常使用附加的辅助设备。这是必要的，因为在现有技术中没有足够的扭矩以供使用来在负载下发动泵。此外在例如转速固定的同步发电机的情况下还必要的是泵附加地用辅助驱动装置如辅助涡轮机或功率电子起动机来起动。仅当泵在运行中时水从蓄水池离开到泵中并且打开闭锁装置。此外这大大增加泵的负载，因为在水流入时强冲量传递到泵上，由此提高泵部件的磨损。

为转换运行方式（如从涡轮机运行到泵吸运行或从泵吸运行到涡轮机运行）使用例如极柱式开关以便转换电机器中的旋转场的取向。在制造和维护上这是花费大且高成本的。

因此抽水蓄能电站的运行是非常花费大和时间密集的。尤其是对于泵存储器重要的是对电力过剩和电力不足之间的切换要快速反应并且要改变运行模式。

由此得出  本发明以该任务分配为基础 ， 简化抽水蓄能电站的 运行 以及 加速运行切换 。

发明内容

这个任务通过根据权利要求1所述的用于在涡轮机运行中发动的方法，根据权利要求2所述的用于在泵吸运行中发动的方法，根据权利要求3所述的用于运行抽水蓄能电站的方法以及根据权利要求4所述的抽水蓄能电站的电单元来解决。此外从从属权利要求得出有利的扩展方案，其中权利要求的回引不排除其他有意义权利要求组合。

本发明在此提供用于在抽水蓄能电站的电单元的涡轮机运行中发动的方法。抽水蓄能电站包括旋转电同步电机和频率变换器，其中机器可与涡轮机和泵或组合的泵涡轮机相连。此外机器可通过频率变换器与电网相连。该方法在此规定，使用用于发动涡轮机的频率变换器并且电机器的功率例如在发动之后直接输送到电网中。

此外提供用于在抽水蓄能电站的电单元的泵吸运行中发动的方法。抽水蓄能电站包括旋转电同步电机和频率变换器，其中机器可与涡轮机和泵或组合泵涡轮机相连。此外机器可通过频率变换器与电网相连。在此方法规定，使用频率变换器用于发动泵并且泵直接从静止并且在例如注水的泵或水柱的负载下发动。