飞轮储能两级功率变换系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及电力电子技术领域，具体涉及一种飞轮储能两级功率变换系统及控制方法，该系统包括：与直流电网连接的第一端、与飞轮储能装置连接的第二端、第一级功率变换单元、第二级功率变换单元。该系统及控制方法采用两级功率变换可解决飞轮储能装置应用于高压直流系统时的功率变换问题，该系统在不采用带隔离变压器的双向变流器的情况下利用两级功率变换满足常规的飞轮储能功率变换系统难以满足的直流电压等级与飞轮交流电压等级差距大，传输功率大的要求，扩大了该系统的使用范围和适应性，提高系统效率。

Flywheel Energy Storage Two-stage Power Conversion System and Control Method

The invention relates to the field of power electronics technology, in particular to a flywheel energy storage two-stage power conversion system and control method. The system includes the first end connected with DC power grid, the second end connected with flywheel energy storage device, the first power conversion unit and the second power conversion unit. This system and control method adopt two-stage power conversion to solve the power conversion problem when flywheel energy storage device is used in HVDC system. Without using two-way converter with isolation transformer, the system uses two-stage power conversion to meet the requirements of conventional flywheel energy storage power conversion system. The difference between DC voltage level and AC voltage level of flywheel is large, and the transmission power is large. The requirement of high rate enlarges the scope and adaptability of the system and improves the efficiency of the system.

【技术实现步骤摘要】
飞轮储能两级功率变换系统及控制方法
本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种飞轮储能两级功率变换系统及控制方法。
技术介绍
飞轮储能作为一种物理储能技术，随着磁悬浮技术和电力电子功率变换技术的发展，近年来也得到了长足的进步。飞轮储能装置因为具有安全可靠性高、功率密度高、长达20年使用寿命、不限充放电次数、运行温度范围宽、运维成本低、绿色无污染等优势，在越来越多的领域得到了应用。在飞轮储能装置的应用场景中，有些应用场景需要将飞轮储能装置接入直流系统，例如：轨道交通直流牵引网、光伏电站、直流微电网等。世界各国城市轨道交通的直流供电电压大都在DC600～1500V之间。我国的城市轨道交通牵引网供电电压主要包括两种制式：一种制式额定电压为直流750V，另一种制式额定电压为直流1500V，目前的主流是采用直流1500V制式。在光伏电站方面，目前的主流是直流1000V，但是直流1500V作为一种新的技术趋势，已经开始得到越来越多的研究与应用。飞轮储能装置采用的是交流电机，需要进行电力电子功率变换后才能接入直流系统。常规的飞轮储能功率变换系统通常用于直流1000V及以下的系统。对于额定电压为1500V的直流系统，直流电压等级和飞轮储能装置的交流电压等级之间差距大，并且要求传输的功率大，常规的飞轮储能功率变换系统难以满足要求。如果采用带隔离变压器的双向变流器来实现直流1500V大范围升压，又会带来体积增大、效率降低等问题。现有的技术中一般采用一级DC/AC功率变换的方式，直流侧电压难以达到1500V，应用场景受限。鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的飞轮储能两级功率变换系统及控制方法成为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种飞轮储能两级功率变换系统及控制方法。本专利技术的目的可通过以下的技术措施来实现：本专利技术提供了一种飞轮储能两级功率变换系统，该系统包括：与直流电网连接的第一端；与飞轮储能装置连接的第二端；设于所述第一端和所述第二端之间依次连接的第一级功率变换单元、第二级功率变换单元，所述第一级功率变换单元包括用于直流-直流转换的第一双向变流器、第一控制器，所述第一级功率变换单元被配置为对所述直流电网与所述第二级功率变换单元之间的功率进行变换，所述第二级功率变换单元包括用于直流-交流相互转换的第二双向变流器、与所述第一控制器通信连接的第二控制器，所述第二级功率变换单元被配置为对所述第一级功率变换单元与所述飞轮储能装置之间的功率进行变换；所述第一控制器被配置为执行如下步骤：实时监测直流母线电压，根据所述直流母线电压控制第一双向变流器的运行状态；或接收外部指令，根据外部指令控制第一双向变流器的运行状态；所述第二控制器被配置为执行如下步骤：实时获取第一控制器的运行状态，根据所述第一控制器的运行状态不间断监测所述第二双向变流器的直流侧电压，根据所述直流侧电压控制所述飞轮储能装置进行充电或放电。优选地，所述直流电网与所述第一级功率变换单元之间、所述第一级功率变换单元与所述第二级功率变换单元之间均通过直流母线连接，所述第二级功率变换单元与所述飞轮储能装置之间通过三相交流线连接，所述直流电网与所述第一级功率变换单元之间设有第一直流断路器，所述第一级功率变换单元与所述第二级功率变换单元之间设有第二直流断路器。优选地，所述第一双向变流器包括：第一变流模块和第一滤波电容，所述第二双向变流器包括：第二变流模块和第二滤波电容。优选地，所述第一级功率变换单元还包括：设于第一直流断路器输出端与所述第一双向变流器之间的第一预充回路、设于第一直流断路器输入端与所述第一双向变流器之间的第一保护电路，所述第一预充回路与所述第一双向变流器之间设有第一电感。优选地，所述第二级功率变换单元还包括：设于第二直流断路器输出端与所述第二双向变流器之间的第二预充回路、设于所述第一直流断路器输入端与所述第二双向变流器之间的第二保护电路。本专利技术还提供了一种飞轮储能两级功率变换系统的控制方法，该控制方法包括：第一控制器接收外部指令，根据外部指令控制所述第一双向变流器的运行状态；或实时监测直流母线电压，根据所述直流母线电压控制第一双向变流器的运行状态；第二控制器实时获取所述第一控制器的运行状态，根据所述第一控制器的运行状不间断监测所述第二双向变流器的直流侧电压，根据所述直流侧电压控制所述飞轮储能装置进行充电或放电。优选地，所述外部指令包括充电指令和放电指令；当所述第一控制器接收充电指令时，控制所述第一双向变流器的功率方向从高压侧流向低压侧；当所述第一控制器接收放电指令时，控制所述第一双向变流器的功率方向从低压侧流向高压侧。优选地，当所述直流母线电压大于或等于第一充电电压阈值时，所述第一控制器控制所述第一双向变流器的功率方向从高压侧流向低压侧；当所述直流母线电压小于或等于第一放电电压阈值时，控制所述第一双向变流器的功率方向从低压侧流向高压侧。优选地，当“所述第一控制器控制所述第一双向变流器的功率方向从高压侧流向低压侧”时，当所述第二控制器监测到所述第二双向变流器的直流侧电压大于或等于第二充电电压阈值时，控制所述飞轮储能装置充电。优选地，当“所述第一控制器控制所述第一双向变流器的功率方向从低压侧流向高压侧”时，当所述第二控制器监测到所述第二双向变流器的直流侧电压小于或等于第二放电电压阈值时，控制所述飞轮储能装置放电。优选地，所述“当所述第二控制器监测到所述第二双向变流器的直流侧电压大于或等于第二充电电压阈值时，控制所述飞轮储能装置充电”的步骤包括：当所述直流侧电压大于或等于第二充电电压阈值时，控制所述第二双向变流器的功率方向从直流侧流向交流侧；当飞轮的转速低于最高转速时，控制充电功率为维持直流侧电压保持在第二充电电压阈值所需功率；当飞轮的转速达到最高转速时，控制充电功率为维持飞轮的最高转速所需功率。优选地，所述“当所述第二控制器监测到所述第二双向变流器的直流侧电压小于或等于第二放电电压阈值时，控制所述飞轮储能装置放电”的步骤包括：当所述直流侧电压小于或等于第二放电电压阈值时，控制所述第二双向变流器的功率方向从交流侧流向直流侧；当飞轮的转速不低于最低转速时，控制放电功率为维持直流侧电压保持在第二放电电压阈值所需功率；当飞轮的转速低于最低转速时，所述飞轮储能装置停止放电。本专利技术的系统及控制方法采用两级功率变换可解决飞轮储能装置应用于高压直流系统时的功率变换问题。该系统在不采用带隔离变压器的双向变流器的情况下利用两级功率变换满足常规的飞轮储能功率变换系统难以满足的直流电压等级与飞轮交流电压等级差距大，传输功率大的要求，扩大了该系统的使用范围和适应性，提高系统效率。附图说明图1是本专利技术的系统的结构框图。图2是本专利技术的系统的原理图。图3是本专利技术的系统的第一种控制方法的第一种实施例流程图。图4是本专利技术的系统的第一种控制方法的第二种实施例流程图。图5是本专利技术的系统的第一种控制方法的第三种实施例流程图。图6是本专利技术的系统的第一种控制方法的第四种实施例流程图。图7是本专利技术的系统的第二种控制方法的第一种实施例流程图。图8是本专利技术的系统的第二种控制方法的第二种实施例流程图。图9是本专利技术的系统的第二种控制方法的第三种实施例流程图。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞轮储能两级功率变换系统，其特征在于，该系统包括：与直流电网连接的第一端；与飞轮储能装置连接的第二端；设于所述第一端和所述第二端之间依次连接的第一级功率变换单元、第二级功率变换单元，所述第一级功率变换单元包括用于直流‑直流转换的第一双向变流器、第一控制器，所述第一级功率变换单元被配置为对所述直流电网与所述第二级功率变换单元之间的功率进行变换，所述第二级功率变换单元包括用于直流‑交流相互转换的第二双向变流器、与所述第一控制器通信连接的第二控制器，所述第二级功率变换单元被配置为对所述第一级功率变换单元与所述飞轮储能装置之间的功率进行变换；所述第一控制器被配置为执行如下步骤：实时监测直流母线电压，根据所述直流母线电压控制第一双向变流器的运行状态；或接收外部指令，根据外部指令控制第一双向变流器的运行状态；所述第二控制器被配置为执行如下步骤：实时获取第一控制器的运行状态，根据所述第一控制器的运行状态不间断监测所述第二双向变流器的直流侧电压，根据所述直流侧电压控制所述飞轮储能装置进行充电或放电。

【技术特征摘要】
1.一种飞轮储能两级功率变换系统，其特征在于，该系统包括：与直流电网连接的第一端；与飞轮储能装置连接的第二端；设于所述第一端和所述第二端之间依次连接的第一级功率变换单元、第二级功率变换单元，所述第一级功率变换单元包括用于直流-直流转换的第一双向变流器、第一控制器，所述第一级功率变换单元被配置为对所述直流电网与所述第二级功率变换单元之间的功率进行变换，所述第二级功率变换单元包括用于直流-交流相互转换的第二双向变流器、与所述第一控制器通信连接的第二控制器，所述第二级功率变换单元被配置为对所述第一级功率变换单元与所述飞轮储能装置之间的功率进行变换；所述第一控制器被配置为执行如下步骤：实时监测直流母线电压，根据所述直流母线电压控制第一双向变流器的运行状态；或接收外部指令，根据外部指令控制第一双向变流器的运行状态；所述第二控制器被配置为执行如下步骤：实时获取第一控制器的运行状态，根据所述第一控制器的运行状态不间断监测所述第二双向变流器的直流侧电压，根据所述直流侧电压控制所述飞轮储能装置进行充电或放电。2.根据权利要求1所述的飞轮储能两级功率变换系统，其特征在于，所述直流电网与所述第一级功率变换单元之间、所述第一级功率变换单元与所述第二级功率变换单元之间均通过直流母线连接，所述第二级功率变换单元与所述飞轮储能装置之间通过三相交流线连接，所述直流电网与所述第一级功率变换单元之间设有第一直流断路器，所述第一级功率变换单元与所述第二级功率变换单元之间设有第二直流断路器。3.根据权利要求2所述的飞轮储能两级功率变换系统，其特征在于，所述第一双向变流器包括：第一变流模块和第一滤波电容，所述第二双向变流器包括：第二变流模块和第二滤波电容。4.根据权利要求3所述的飞轮储能两级功率变换系统，其特征在于，所述第一级功率变换单元还包括：设于第一直流断路器输出端与所述第一双向变流器之间的第一预充回路、设于第一直流断路器输入端与所述第一双向变流器之间的第一保护电路，所述第一预充回路与所述第一双向变流器之间设有第一电感。5.根据权利要求4所述的飞轮储能两级功率变换系统，其特征在于，所述第二级功率变换单元还包括：设于第二直流断路器输出端与所述第二双向变流器之间的第二预充回路、设于所述第一直流断路器输入端与所述第二双向变流器之间的第二保护电路。6.一种飞轮储能两级功率变换系统的控制方法，其特征在于，该控制方法包括：第一控制器接收外部指令，根据外部指令控制所述第一双向变流器的运...

【专利技术属性】
技术研发人员：江卫良，张庆源，陈烨，郑琦，葛自强，
申请(专利权)人：微控物理储能研究开发深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44