电力负载平衡系统和电能包存储技术方案

基于电容器的储电和配电系统能够在电能使用峰值需求时期实现负载平衡（参照图８）。可以用在低需求时期由电力公司生产的电能对电容器（４００）充电。存储在电容器（４００）中的电能能够释放到电力公司的配电电力网（５１０）中以便增大可供使用的电能总量。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请要求于2000年10月10日申请的、申请号为60/239,560的美国临时申请的优先权。
技术介绍
和专利技术主要内容本专利技术总体上涉及供电和配电，特别涉及包括能量包存储组件的电力负载平衡系统。全世界多年来社会上住宅和商业能量需求的支柱是发电和配电。现在已有各种形式的发电，包括煤火力发电站、核电站、水力发电站、风力发电站和其它发电站。所有这些形式的发电对于发电领域的技术人员来说是公知的，这里不需要对其工作的细节进行描述。全世界已有大量有关这些公知形式发电的公开文献。当发电量增加时，电力使用增加。这是由于许多社会因素造成的。首先，世界上每个国家的人口实际在增加，导致了更大的电力需求。其次，消费者产品常常设计成使用电能以便进行工作。由于技术的发展，与世界历史上任何时期相比，现今有更多电子产品供使用。第三，制造厂已经认识到机械自动控制能够提高工厂的生产率和降低生产成本，这样的自动控制也需要电能。这样，总的结果是，与以前相比对电能有更大的需求。全世界有关能量消费的另一个共同的现象是，在一天的特定时段消费量较高。在任何给定时区，上午6点至晚上10点的时段用电量最大，通常称为“活动时段”。在晚上10点到第二天的上午6点之间，大多数人入睡，因此，使用很少的电能，这个时段通常被称为“入睡时段”。为了避免能量“警戒灯火管制”，或更糟糕的“灯火管制”，电力公司必须能够满足给定的一天24小时中的“峰值要求”所需的电量。在活动时段中发生这些峰值要求需电量，从跟踪能量使用获得的历史数据，能够相当精确地预测实际上任何社会团体中每天每个小时需要多少能量。因此，峰值要求是设计任何给定区域所需要的发电站大小和数量的主要因素之一。使用峰值要求需电量以确定发电站容量的问题在于，如果给定区域内的峰值需求时期是X千瓦-小时，仅在每天8小时的时期要求该需求量，并且该天其余时间的平均需求量是X的一半，则每天其余16小时不能有效利用发电站的设计容量。所述的另一种方式，如果利用每个发电站每天的全部能量容量，则由于所有天即每一天完全利用了每个发电站，因此需要较少的发电站。于是根据总能量需要而不是峰值要求需要来进行设计和使用。使用峰值要求需电量还可以造成低效率使用由发电站使用的配电和输电系统来输送其产生的电能。本专利技术能够在整个一天中使电力负载平衡。负载平衡是发电站中能量生产的平衡，使得发电站所有工作时段生产相同量的能量，同时在整天中满足消费者的全部能量需要。由于，峰值要求时期很可能继续发生，因此可以通过使用能量存储器实现负载平衡。换句话说，通过产生电能并在低需电量时期如入睡时段存储该电能，存储的电能可以在峰值要求时期用于弥补在峰值要求时期必须生产的能量。根据本专利技术的一个实施例，使每整天中能量的生产更为平衡。在夜晚，生产能量并将其存储在专门的电容器中，这些电容器可以设在发电站或供电局处或其附近。第二天，存储的能量可以被输入到电力公司配电和输电电力网中，以便满足给定住宅、营业场所或与其电力网连接区域的全部或部分能量需要。通过在峰值要求时期使用存储的能量，使服务该区域的发电站实时生产较少的能量。在本专利技术其它实施例中，可以设置电容器以使其得以放置在住宅如地下室内或建筑外附近。较大的基于电容器的能量存储系统可以放置在营业办公场所或工厂内或附近。相反，还可能生产安装在个人负载处的这样的较小规模的系统，这些负载如复印机、PC机、服务器或需要供电以进行工作的众多其它设备。最好，无论基于电容器的能量存储系统是放置在系统终端用户附近还是在发电或配电场所处，这些系统都具有标准组件结构以便于有效安装、扩展和维修。最好在每个系统的电源和负载处都保持模块性。在这些实施例中，本专利技术使存储的电能得以在峰值要求时期使用，以便降低对变电站供电和配电的实时依赖性。可以通过连接具有高能量存储容量的电容器的普通能量分配设备来实现本专利技术，其中根据需要而经常用由发电站产生的能量对电容器“充电”。向电容器供应充电能量的发电站可以是普通矿物燃料燃烧发电站或核电站，或者可以由备用能源构成，如太阳能源、风力源或水力电源。与公知的能量存储系统如电池存储系统不同，本专利技术的电容器可以直接存储大量电能。电容器是能够直接存储和传输电能的静电装置，并且为了产生电能不需要象电池那样发生化学反应。可以使用额外的普通电气设备将电容器与住宅、营业场所或被服务区域连接，并且从充电的电容器向终端用户输电。由电容器供电的电能可以以DC形式输送，或可以作为单相或多相AC输送。最好提供变换器/逆变器设备以适当改变供给电容器或从电容器释放的电能的形式。在本专利技术中，使用专用电容器以便于使用上述系统。在本专利技术的一个实施例中，电容器可以具有对称的或非对称的多种电化学设计结构。电化学电容器使电能直接存储在迄今无可匹敌的小型装置中。可以采用本专利技术的其它实施例，如还可以提供所要求存储容量的电解电容器或低温电容器。本专利技术的内在优点是能够充分降低或甚至消除如电力“振荡”、“脉冲”和“跳跃”这样的异常，由此提高所谓的“电力质量”。这些现象是令人遗憾的，而且在较大距离配电和输电线路上向终端用户输送电能(即电子)时实际上是不可避免的。由于多种原因而发生电力质量问题，包括电系统设计误差、电系统结构误差、接地误差、谐波和负载交互作用。尽管当考虑了每天向任何区域输送的全部能量时这些异常不是非常普遍，它们也会给终端用户带来严重问题。例如，在当今的计算机使用时代，尽管是暂时的能量脉冲或跳跃，也能够引起电子文件丢失或损坏，还能引起计算机系统毁坏。与上述电能存储概念相反，为保持电力质量而必须提供的电能的持续时间极短。例如，已经发现，大多数电力质量现象发生在1AC周期或小于此周期中，10个周期通常远远足以缓和电源电压中的任何瞬间扰动。这样，为了实现本应用，电力质量维持和提高通常表示本专利技术能够提供所需的1秒或更短的电力输出水平。当用于电力质量目的时，最好耗尽存储在电容器中的电能。该功能与电能存储功能相反，其中，本专利技术的电能存储系统向负载或多个负载提供更长期的电力，其中电容器可以放电直到其储能基本耗尽或直到手动操作将其切断。这样，尽管电能存储和电力质量保持是两项可区别的任务，但是本专利技术系统能够工作以同时实现这项任务。例如，本专利技术的一个实施例提供现场电容器以直接满足使用存储能量而不是实时直接供应能量的该场所的需要。使用电容器的存储能量不仅可以满足现场负载的需电量，而且还用于通过响应电力质量扰动进行短持续时间的放电来保证电力质量。同样地，可以使用本专利技术“离开现场系统”来实现相同的效果。因此，本领域技术人员应该认识到，通常可以间接地使用本专利技术系统以保持和提高电力质量。附图简要说明除了上述新颖性特征和优点外，从以下附图说明和实施例将很容易看出本专利技术的其它目的和优点，其中几个附图中使用的相同标号表示相同的或等同的特征，其中图1是与单相负载一起使用的本专利技术系统一个实施例示意图，所示的系统设在住宅中；图2是与单相负载或三相负载一起使用的本专利技术系统另一实施例示意图，一般可在营业场所见到；图3是表示使用一组电容器的本专利技术系统又一实施例示意图，如可以位于发电站、供电局或实际任何需要DC或单相或多相AC电能的场所；图4是本专利技术系统另一实施例示意图，其中一组电容器设计成可运输的；图5是正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电系统，包括：电能源；至少一个与所述电能源相连的电容器，该电容器并进一步与消费者能量使用网络相连，所述电容器具有足够的能量存储容量以满足消费者一段时间的能量需求，所述一段时间超过所述电容器存储所述能量所需的时间；　 　由所述电能源传来的并存储在所述电容器中的一些电能；从所述至少一个电容器释放到所述网络中的电能；以及在所述电容器已至少部分放电后从所述电能源传来的并存储在所述电容器中以便使所述电容器充电的另外一些电能。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰M普罗万萨纳，约翰M施奈德，阿里诺埃，沃伦W瓦尔布恩，布伦丹J韦尔，
申请(专利权)人：美国电力公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]