一种基于飞轮储能的交流电源制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于飞轮储能的交流电源，所述装置包括电源模块、控制器、飞轮储能模块、开关和负载；电源模块与负载模块通过开关连接，飞轮储能模块与负载并联连接；控制器采样电源模块输出，并输出控制信号，控制电源模块中逆变器的动作。制器采样得到逆变器输出三相电压，经逻辑运算后，经过限幅器之后便得到控制的目标三相电流和三相电压，从而形成完整的闭环控制。当负载较小时，把电能转化为机械能储存在飞轮中；当负载较重甚至过载时，感应电机连接的飞轮释放机械能，通过感应电机转化为电能，同交流电源一起给负载供电，减少交流电源支路的电流，有效防止过电流的产生，从而保护了逆变器的正常运行。

【技术实现步骤摘要】
-种基于飞轮储能的交流电源
本技术涉及交流电源应用
，具体涉及基于飞轮储能的交流电源。
技术介绍
随着分布式发电技术在全球的推广，独立供电系统也有着越来越广泛的应用。然 而由于分布式发电系统与电网的孤立，在负载变化较大的情况下，很难有较好的跟随能力。 该直接导致系统难W稳定地工作运行。为了解决该个问题，提出了各种方式的解决方案，但 主要集中在交流电源的拓扑选择和控制领域。 飞轮储能装置在工业上也有大量的应用，主要应用在动力分配变化频繁的领域， 例如汽车的能量回收等。目前也有应用于供电系统中，但通常也是作为储能装置来使用。在 电网中有一定的应用空间，但在独立供电系统中很少使用。 在目前的一些大功率的驱动领域，使用独立供电的交流电源时会会产生一系列问 题。最突出一点就是负载大范围变化时，系统中难W避免的产生过电压和过电流，而目前逆 变器的容量有限，该些过电压和过电流会对逆变器本身及其驱动装置造成损坏，为抑制该 些过电压和过电流，有专家学者针对逆变器本身，应用电力电子技术能有效的减免该些危 害。但同时造成整个系统的繁杂，控制也趋于复杂，系统的稳定性大大降低，而该在工业控 制领域是极为重要的。
技术实现思路
鉴于W上背景，为了克服现有的不足，本技术创造性地把飞轮储能技术和已 有的独立供电系统结合在一起，特别适合在负载变化较大的应用场合使用，提出的控制方 法也能针对性的抑制过电流的产生，维持供电系统和负载的正常工作。 为了达到上述目的，本技术采取的技术方案是： -种基于飞轮储能的交流电源，包括电源模块、控制器、飞轮储能模块、开关和负 载；电源模块与负载模块通过开关连接，飞轮储能模块与负载并联连接；控制器采样电源 模块输出，并输出控制信号，控制电源模块中逆变器的动作。 进一步地，电源模块包括直流电源、逆变器Inv、滤波电感L1 ;直流电源、逆变器和 滤波电感依次串联连接；逆变器采用H相全桥拓扑结构，具体是采用智能功率模块，其中集 成了驱动和保护电路；滤波电感用于滤除电流中杂波，获得较稳定地电流输出。 进一步地，控制器采用TI公司的DSP作为核也控制芯片，型号为TMS32(F2812 ; 控制器采样得到经过滤波电感后电路输出的电压和电流作为控制器的输入，输出逆变器 (Inv)的各个开关管的控制信号，作为驱动信号连接到逆变器的驱动信号输入端，使逆变器 输出正弦电流驱动负载W及感应电机。控制的效果是为了维持输出正弦电流驱动后面的负 载W及感应电机。对于所使用的控制方法，本技术申明的方法特别针对负载过载时，产 生过流的情况下的控制。 进一步地，飞轮储能模块包括感应电机、飞轮、旁路电感L2、旁路电容C2 ;整个飞 轮储能模块连接在滤波电感LI的输出侧；感应电机输入的电源经过滤波电感后接到感应 电机的电源输入端；飞轮则是作为感应电机的负载；旁路电感和旁路电容串联连接作为一 个整体与感应电机的输入端连接；运行中旁路电感和旁路电容该个支路主要作为感应电机 的过压和过流保护电路，缓冲电路中可能出现的过电压和过电流，保护电机免受损坏。 进一步地，所述负载连接在滤波电感L1的输出端，在负载与滤波电感之间串联有 开关K1 ;显然，K1是用于选择负载是否工作。K1闭合时，负载运行工作；关闭时，负载与电 路断开连接；负载通常是工业控制中的各种电机，如吊机中的驱动电机、工厂的传送带上的 驱动电机。该些负载的共同特点是负载不稳定，并通常有过载的情况发生。电机的控制精 度要求不高，但过载时产生的过电流会对逆变器造成损坏，因此要特别注意治理可能产生 的过电流。 上述的基于飞轮储能的交流电源中，交流电源在通用的独立供电系统的负载端并 联接入飞轮储能模块。通过开关的闭合和断开来控制负载的接入和断开。工作时，感应电 机能储存能量也能释放能量。当负载较小时，电源的输出足W驱动负载，该时剩余的能量经 过感应电机，把电能转化为机械能储存在飞轮中；当负载较重甚至过载时，感应电机连接的 飞轮释放机械能，通过感应电机转化为电能，同交流电源一起给负载供电，减少交流电源支 路的电流，有效防止过电流的产生。从而保护了逆变器的正常运行。 与现有技术相比，本技术具有如下的优点和技术效果；本技术在目前大 量应用的交流电源系统的基础上，只需要增加飞轮储能装置，整个电源系统的改造相对简 单。逆变器及其电源其他部分完全不用改动，但飞轮储能装置的接入能有效减少过电压和 过电流对系统的影响，大大提高系统的稳定性和能源利用的效率。本技术能用于独立 供电系统的缓冲电源，特别是作为负载变化较大场合的供电电源。 【附图说明】 图1是实施例基于飞轮储能的交流电源的总体结构图； 图2是一种实施例中控制器的控制逻辑图； 图3是目前大量应用的交流电源系统图。 图4是实验中容量为2. 4kVA的基于飞轮储能的交流电源负载由1. IkW突变至 6. 6kW时的逆变器输出功率图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本技术的【具体实施方式】作进一步说明，但本技术的实施 和保护范围不限于此，需指出的是，W下若有未特别详细说明的内容，均是本领域技术人员 可参照现有技术实现的。 图1给出了本技术示例的基于飞轮储能的交流电源的总体结构图，其中包括 电源模块、控制器、飞轮储能模块和负载。电源模块与负载模块直接连接，飞轮储能模块与 负载并联连接，控制器则采样电源模块输出，经过一定的逻辑运算，输出控制信号，控制电 源模块中逆变器的动作。 其中，电源模块包括直流电源、逆变器Inv、滤波电感L1。直流电源、逆变器和滤波 电感依次串联连接。在独立供电系统中，直流电源通常为光伏电池或者蓄电池W及其他形 式的直流电源。逆变器采用的是通用的H相全桥拓扑结构，该里不再费述，具体是采用智能 功率模块，其中集成了驱动和保护电路。滤波电感用于滤除电流中杂波，获得较稳定地电流 输出。 控制器采用TI公司的DSP作为核也控制芯片，型号为TMS32CF2812。外围的采样 电路采用该芯片的通用采样电路，而驱动电路是集成在逆变器模块中。控制器采样得到经 过滤波电感后电路输出的电压和电流作为控制器的输入，经过一定的控制逻辑（在后面详 述）得到控制信号，作为驱动信号输出给逆变器。控制的效果是为了维持输出正弦电流驱 动后面的负载W及感应电机。对于所使用的控制方法，本技术申明的方法特别针对负 载过载时，产生过流的情况下的控制。 飞轮储能模块包括感应电机、飞轮、旁路电感L2、旁路电容C2。整个飞轮储能模块 连接在滤波电感L1的输出侧。感应电机的H相电源来自滤波电感的输出H相交流电。飞 轮则是作为感应电机的负载。旁路电感和旁路电容串联连接。它们作为一个整体与感应电 机和飞轮该个整体再并联连接。运行中旁路电感和旁路电容该个支路主要作为感应电机的 过压和过流保护电路，缓冲电路中可能出现的过电压和过电流，保护电机免受损坏。 负载连接在滤波电感L1的输出端，同时与飞轮储能模块并联。在负载与滤波电感 之间串联有开关K1。显然，K1是用于选择负载是否工作。K1闭合时，负载运行工作；关闭 时，负本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于飞轮储能的交流电源，其特征在于包括电源模块、控制器、飞轮储能模块、开关和负载；电源模块与负载模块通过开关连接，飞轮储能模块与负载并联连接；控制器采样电源模块输出，并输出控制信号，控制电源模块中逆变器的动作。

【技术特征摘要】
1. 一种基于飞轮储能的交流电源，其特征在于包括电源模块、控制器、飞轮储能模块、 开关和负载；电源模块与负载模块通过开关连接，飞轮储能模块与负载并联连接；控制器 采样电源模块输出，并输出控制信号，控制电源模块中逆变器的动作。2. 根据权利要求1所述的基于飞轮储能的交流电源，其特征在于电源模块包括直流电 源、逆变器、滤波电感；直流电源、逆变器和滤波电感依次串联连接；逆变器采用三相全桥 拓扑结构，具体是采用智能功率模块，其中集成了驱动和保护电路；滤波电感用于滤除电流 中杂波。3. 根据权利要求1所述的基于飞轮储能的交流电源，其特征在于控制器采用TI公司的 DSP作为核心控制芯片，型号为TMS320F2812 ;控制器采样得到经过滤波电感后电路输出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：康龙云，陈凌宇，李臻，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44