基于飞轮储能的脉冲功率电源系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及脉冲功率电源供电技术领域，具体涉及一种基于飞轮储能的脉冲功率电源系统及控制方法。该脉冲功率电源系统包括：储能单元、能量管理单元和协调控制单元。本发明专利技术实施例提供的脉冲功率电源系统一方面通过飞轮阵列的集成方式可根据需求构建兆瓦级、十兆瓦级甚至百兆瓦级的大功率脉冲功率电源系统，另一方面采用模块化设计，配置灵活，安装快捷，建设周期短，运维简单，扩容方便，可满足多种应用场景下的脉冲功率电源需求，其控制方法采用能量管理单元监控管理整套系统，实现稳态控制功能，保障系统安全可靠运行；同时采用协调控制单元实现暂态控制功能，可根据不同的应用场景制定相应的控制策略，合理控制飞轮阵列的协调运行。

Pulse power supply system and control method based on flywheel energy storage

The invention relates to the technical field of pulse power supply, in particular to a pulse power supply system and a control method based on flywheel energy storage. The pulse power supply system includes energy storage unit, energy management unit and coordination control unit. The pulse power supply system provided by the embodiment of the invention can, on the one hand, build a megawatt, 10MW or even 100MW high-power pulse power supply system according to the demand through the integration of flywheel array, on the other hand, adopt modular design, flexible configuration, quick installation, short construction period, simple operation and maintenance, convenient expansion, and can meet the pulse in various application scenarios For the power supply demand, the control method adopts the energy management unit to monitor and manage the whole system to realize the steady-state control function and ensure the safe and reliable operation of the system; at the same time, the coordinated control unit is used to realize the transient control function, which can formulate corresponding control strategies according to different application scenarios and reasonably control the coordinated operation of the flywheel array.

【技术实现步骤摘要】
基于飞轮储能的脉冲功率电源系统及控制方法
本专利技术涉及脉冲功率电源供电
，具体涉及一种基于飞轮储能的脉冲功率电源系统及控制方法。
技术介绍
脉冲功率电源是用来给短时大功率负载供电的电源，具有非常广泛的用途。根据负载类型的不同，脉冲持续时间通常从毫秒级到秒级不等。脉冲功率电源的基本工作原理是：首先经过慢储能，使初级能源具有足够的能量；其次，向中间储能和脉冲形成系统注入能量；再次，能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化，等复杂过程之后，最后快速释放给负载。脉冲功率电源常用的储能方式包括超级电容器储能、蓄电池储能和飞轮脉冲发电机储能。采用超级电容器储能的脉冲功率电源可以在短时间内快速放电，但是存在储能密度不高，设备体积大，无法小型化，并且充放电寿命较短等问题。采用蓄电池储能的脉冲功率电源在安全性、充放电寿命等方面存在问题。采用飞轮脉冲发电机储能的脉冲功率电源系统通过电动机拖动飞轮加速转动来存储能量，然后通过发电机将飞轮储存的能量对外快速释能，能够满足数十兆瓦到百兆瓦级的脉冲功率需求，但是存在设备体积大、建造周期长、运维成本高等问题。鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的基于飞轮储能的脉冲功率电源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，提供一种基于飞轮储能的脉冲功率电源系统及控制方法。本专利技术的目的可通过以下的技术措施来实现：本专利技术的实施例提供了一种基于飞轮储能的脉冲功率电源系统，分别与充电交流母线和放电交流母线连接，所述放电交流母线连接有负载，该脉冲功率电源系统包括：多个并列设置的储能单元，每一个储能单元包括：充电装置、至少一个飞轮储能装置和放电装置，所述放电装置与所述放电交流母线连接，所述充电装置与所述充电交流母线连接，所述飞轮储能装置分别与所述充电装置和所述放电装置连接；能量管理单元，与所述储能单元连接，用于实时监测所述储能单元的运行状态，并根据所述运行状态生成充电指令或放电指令；协调控制单元，与所述储能单元连接，所述协调控制单元与所述能量管理单元通信连接，所述协调控制单元用于实时采集所述储能单元的运行数据并接收所述充电指令或放电指令，所述协调控制单元内存储有预设充电策略和预设放电策略，当所述协调控制单元接收到充电指令时，根据所述预设充电策略和所述运行数据生成充电控制指令，控制所述充电装置为所述飞轮储能装置进行充电，所述飞轮储能装置将电能转化为动能存储，当所述协调控制单元接收到放电指令时，根据所述预设放电策略和所述运行数据生成放电控制指令，控制所述放电装置进行放电，所述飞轮储能装置将动能转化为电能，为负载提供所需功率。优选地，所述放电装置包括：储能变流器和变压器，所述变压器的高压侧与所述放电交流母线连接，所述变压器的低压侧与所述储能变流器的交流侧连接，所述储能变流器的直流侧与所述飞轮储能装置连接，所述储能变流器分别与所述能量管理单元和所述协调控制单元通信连接，所述储能变流器用于接收所述放电控制指令，并根据所述放电控制指令控制输出功率的大小。优选地，所述充电装置包括单向功率变换模块和充电电源，所述单向功率变换模块的交流侧和所述充电电源均与所述充电交流母线连接，所述单向功率变换模块与所述能量管理单元和所述协调控制单元通信连接，所述单向功率变换模块用于将所述充电电源的交流电转化为直流电为所述飞轮储能装置充电，所述单向功率变换模块接收所述充电控制指令，并根据所述充电控制指令控制输出功率的大小。优选地，所述飞轮储能装置包括：飞轮控制器和依次连接的双向功率变换模块、飞轮电机、飞轮机构，所述双向功率变换模块的交流侧与所述飞轮电机连接，所述双向功率变换模块的直流侧与所述储能变流器的直流侧连接，所述飞轮控制器分别与所述双向功率变换模块、单向功率变换模块以及所述储能变流器通信连接，充电时，所述飞轮控制器根据所述单向功率变换模块的输出功率控制所述双向功率变换模块的充电功率，放电时，所述飞轮控制器根据所述储能变流器的输出功率控制所述双向功率变换模块的放电功率。优选地，所述飞轮储能装置设置多个，多个所述飞轮储能装置采用并联的方式分别连接所述放电装置和所述充电装置。优选地，所述预设充电策略包括预设时序充电策略和预设同步充电策略。优选地，所述负载与所述放电交流母线之间连接有整流器。本专利技术的实施例还提供了一种基于飞轮储能的脉冲功率电源系统的控制方法，所述控制方法包括：实时监测所述储能单元的运行状态和运行数据；根据所述运行状态生成充电指令或放电指令；当生成充电指令时，匹配预设充电策略，根据所述运行数据和所述预设充电策略生成充电控制指令，控制充电装置为飞轮储能装置充电；当生成放电指令时，匹配预设放电策略，根据所述运行数据和所述预设放电策略生成放电控制指令，控制所述飞轮储能装置和放电装置放电，为负载提供所需功率。优选地，所述预设充电控制策略包括预设时序充电策略和预设同步充电策略。优选地，所述当生成充电指令时，匹配预设充电策略，根据所述运行数据和所述预设充电策略生成充电控制指令，控制各个充电装置依次为飞轮储能装置充电包括：当所述预设充电策略为预设时序充电策略时，根据所述运行数据和所述预设时序充电策略生成充电控制指令，控制所有充电装置同时为飞轮储能装置充电；当所述预设充电策略为预设同步充电策略时，根据所述运行数据和所述预设同步充电策略生成充电控制指令，控制充电装置为飞轮储能装置充电。本专利技术的脉冲功率电源系统一方面通过飞轮阵列的集成方式可根据需求构建兆瓦级、十兆瓦级甚至百兆瓦级的大功率脉冲功率电源系统，另一方面采用模块化设计，配置灵活，安装快捷，建设周期短，运维简单，扩容方便，可满足多种应用场景下的脉冲功率电源需求；该脉冲功率电源系统的控制方法采用能量管理单元监控管理整套系统，实现稳态控制功能，保障系统安全可靠运行；同时采用协调控制单元实现暂态控制功能，可根据不同的应用场景制定相应的控制策略，合理控制飞轮阵列的协调运行。附图说明图1是本专利技术的基于飞轮储能的脉冲功率电源系统的结构示意图。图2是本专利技术的基于飞轮储能的脉冲功率电源系统的控制方法的流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本专利技术的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本专利技术具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。本专利技术的实施例公开了一种基于飞轮储能的脉冲功率电源系统，图1示出了一种基于飞轮储能的脉冲功率电源系统，请参见图1，所述脉冲功率电源系统分别与充电交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于飞轮储能的脉冲功率电源系统，分别与充电交流母线和放电交流母线连接，所述放电交流母线连接有负载，其特征在于，该脉冲功率电源系统包括：/n多个并列设置的储能单元，每一个储能单元包括：充电装置、至少一个飞轮储能装置和放电装置，所述放电装置与所述放电交流母线连接，所述充电装置与所述充电交流母线连接，所述飞轮储能装置分别与所述充电装置和所述放电装置连接；/n能量管理单元，与所述储能单元连接，用于实时监测所述储能单元的运行状态，并根据所述运行状态生成充电指令或放电指令；/n协调控制单元，与所述储能单元连接，所述协调控制单元与所述能量管理单元通信连接，所述协调控制单元用于实时采集所述储能单元的运行数据并接收所述充电指令或放电指令，所述协调控制单元内存储有预设充电策略和预设放电策略，当所述协调控制单元接收到充电指令时，根据所述预设充电策略和所述运行数据生成充电控制指令，控制所述充电装置为所述飞轮储能装置进行充电，所述飞轮储能装置将电能转化为动能存储，当所述协调控制单元接收到放电指令时，根据所述预设放电策略和所述运行数据生成放电控制指令，控制所述放电装置进行放电，所述飞轮储能装置将动能转化为电能，为负载提供所需功率。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于飞轮储能的脉冲功率电源系统，分别与充电交流母线和放电交流母线连接，所述放电交流母线连接有负载，其特征在于，该脉冲功率电源系统包括：
多个并列设置的储能单元，每一个储能单元包括：充电装置、至少一个飞轮储能装置和放电装置，所述放电装置与所述放电交流母线连接，所述充电装置与所述充电交流母线连接，所述飞轮储能装置分别与所述充电装置和所述放电装置连接；
能量管理单元，与所述储能单元连接，用于实时监测所述储能单元的运行状态，并根据所述运行状态生成充电指令或放电指令；
协调控制单元，与所述储能单元连接，所述协调控制单元与所述能量管理单元通信连接，所述协调控制单元用于实时采集所述储能单元的运行数据并接收所述充电指令或放电指令，所述协调控制单元内存储有预设充电策略和预设放电策略，当所述协调控制单元接收到充电指令时，根据所述预设充电策略和所述运行数据生成充电控制指令，控制所述充电装置为所述飞轮储能装置进行充电，所述飞轮储能装置将电能转化为动能存储，当所述协调控制单元接收到放电指令时，根据所述预设放电策略和所述运行数据生成放电控制指令，控制所述放电装置进行放电，所述飞轮储能装置将动能转化为电能，为负载提供所需功率。


2.根据权利要求1所述的脉冲功率电源系统，其特征在于，所述放电装置包括：储能变流器和变压器，所述变压器的高压侧与所述放电交流母线连接，所述变压器的低压侧与所述储能变流器的交流侧连接，所述储能变流器的直流侧与所述飞轮储能装置连接，所述储能变流器分别与所述能量管理单元和所述协调控制单元通信连接，所述储能变流器用于接收所述放电控制指令，并根据所述放电控制指令控制输出功率的大小。


3.根据权利要求1所述的脉冲功率电源系统，其特征在于，所述充电装置包括单向功率变换模块和充电电源，所述单向功率变换模块的交流侧和所述充电电源均与所述充电交流母线连接，所述单向功率变换模块与所述能量管理单元和所述协调控制单元通信连接，所述单向功率变换模块用于将所述充电电源的交流电转化为直流电为所述飞轮储能装置充电，所述单向功率变换模块接收所述充电控制指令，并根据所述充电控制指令控制输出功率的大小。


4.根据权利要求2或3所述的脉冲功率电源系统，其特征在于，所述飞轮储能装置包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：江卫良，张庆源，陈烨，
申请(专利权)人：沈阳微控新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21