串联飞轮储能阵列装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种串联飞轮储能阵列装置及其控制方法，其中，装置包括：直流电网、多个飞轮储能单元、预充电支路、旁路支路和阵列控制器，其中，预充电支路，用于为飞轮储能单元中的直流侧电容充电；旁路支路，用于预充电完毕后，旁路预充电支路；阵列控制器，用于与直流电网的电压匹配后，调节每个飞轮储能单元的飞轮转速进行充电或放电，实现直流电网储能。该装置用于直流电网储能，具有模块化结构，通过增加或减少单元数量可实现不同直流电网的电压匹配，简单易实现。

【技术实现步骤摘要】
串联飞轮储能阵列装置及其控制方法
本专利技术涉及飞轮储能
，特别涉及一种串联飞轮储能阵列装置及其控制方法。
技术介绍
飞轮储能是一种物理储能方式，电能与飞轮动能通过电机互相转换。大容量飞轮储能装置受飞轮材料、成本等因素约束，制作困难；小容量飞轮装置所存储的能量有限，在大功率储能中无法满足应用需求。飞轮储能阵列将多台一定容量的飞轮储能装置以一定的连接方式进行组合并协调控制，是实现大容量、高功率能量存储的解决方案。目前，飞轮储能阵列的研究及应用集中于并联结构，即多个储能单元的母线直流端并联连接，如多飞轮储能单元并联的飞轮阵列储能系统，再比如，并联储能飞轮阵列均衡控制装置及方法。虽然目前的飞轮储能阵列的并联结构能够实现扩充容量和功率的目的，但是受电力电子器件耐压条件限制，其应用的直流电网电压等级不会很高，即并联飞轮储能装置仅适用于低压直流电网储能，适用性较差，亟待解决。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种串联飞轮储能阵列装置，该装置用于直流电网储能，具有模块化结构，通过增加或减少单元数量可实现不同直流电网的电压匹配，简单易实现。本专利技术的另一个目的在于提出一种串联飞轮储能阵列装置的控制方法。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种串联飞轮储能阵列装置，包括：直流电网和多个飞轮储能单元；预充电支路，用于为所述飞轮储能单元中的直流侧电容充电；旁路支路，用于预充电完毕后，旁路预充电支路；阵列控制器，用于与所述直流电网的电压匹配后，调节所述每个飞轮储能单元的飞轮转速进行充电或放电，实现直流电网储能。本专利技术实施例的串联飞轮储能阵列装置，与单台飞轮储能装置相比，其具有容量大、功率高等优势；与并联飞轮储能装置相比，其母线电压等级可任意扩展，可适用于高压直流电网，从而在实现容量和功率任意扩展的同时，实现母线电压等级的任意扩展，以适配高压直流电网，简单易实现。另外，根据本专利技术上述实施例的串联飞轮储能阵列装置还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述每个飞轮储能单元包括飞轮本体、电机、AC/DC变流器、第一断路器和第二断路器，其中，所述第一断路器串联连接在单元直流母线内，所述第二断路器并联连接在所述单元直流母线内。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述预充电支路包括预充电断路器和充电电阻器。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述旁路支路包括旁路断路器和电抗器。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述多个飞轮储能单元的直流端串联连接。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种串联飞轮储能阵列装置的控制方法，采用上述实施例所述的装置，包括以下步骤：上电启动后，开始自检，若自检正常，则保持所述旁路支路内断路器断开，闭合所述预充电支路内断路器，以为所述每个飞轮储能单元内部的直流母线电容预充电，待电容电压到达预设电压后，断开所述预充电支路内断路器，闭合所述旁路支路内断路器，预充电过程结束；控制所述每个飞轮储能单元的飞轮本体从静止开始升速，待所有飞轮储能单元内飞轮的转速均达到预设转速，软启动过程结束；根据功率指令和飞轮转速状态执行充电或放电功能，其中，充电时，从所述直流电网获取能量，所述每个飞轮储能单元内飞轮升速，使得存储能量逐步升高，当最高转速到达设定的转速上限值时，停止充电；放电时，向所述直流电网发出能量，所述每个飞轮储能单元内飞轮降速，使得所述存储能量逐步降低，当飞轮最低转速到达设定的转速下限值时，停止放电。本专利技术实施例的串联飞轮储能阵列装置的控制方法，与单台飞轮储能装置相比，其具有容量大、功率高等优势；与并联飞轮储能装置相比，其母线电压等级可任意扩展，可适用于高压直流电网，从而在实现容量和功率任意扩展的同时，实现母线电压等级的任意扩展，以适配高压直流电网，简单易实现。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的串联飞轮储能阵列装置的结构示意图；图2为根据本专利技术实施例的飞轮储能单元的结构示意图；图3为根据本专利技术实施例的串联飞轮储能阵列装置的控制方法流程图；图4为根据本专利技术一个实施例的串联飞轮储能阵列装置的控制方法流程图。附图标记说明：多个飞轮储能单元1、飞轮本体101、电机102、AC/DC变流器103、第一断路器104、第二断路器105、阵列控制器2、预充电支路3、预充电断路器301、充电电阻器302、旁路支路4、旁路断路器401、电抗器402和直流电网5。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。针对现有并联飞轮储能阵列的不足，本专利技术实施例提出了一种串联飞轮储能阵列装置及其控制方法，克服并联飞轮储能装置难以应用在高压直流电网的弊端，在实现容量和功率任意扩展的同时，实现母线电压等级的任意扩展，以适配高压直流电网。与串联蓄电池储能阵列不同的是，蓄电池是直流元件，可直接串联或者通过DC-DC变换器串联；串联飞轮储能阵列中，飞轮与电机物理连接构成的是交流元件，需通过AC-DC变流器实现串联。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的串联飞轮储能阵列装置及其控制方法，首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的串联飞轮储能阵列装置。图1是本专利技术一个实施例的串联飞轮储能阵列装置的结构示意图。如图1所示，该串联飞轮储能阵列装置包括：多个飞轮储能单元1、阵列控制器2、预充电支路3、旁路支路4和直流电网5。其中，预充电支路3用于为飞轮储能单元中的直流侧电容充电；旁路支路4用于预充电完毕后，旁路预充电支路；阵列控制器2用于预直流电网的电压匹配后，调节每个飞轮储能单元的飞轮转速进行充电或放电，实现直流电网储能。本专利技术实施例的装置用于直流电网储能，具有模块化结构，通过增加或减少单元数量可实现不同直流电网的电压匹配，简单易实现。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，如图2所示，每个飞轮储能单元1包括飞轮本体101、电机102、AC/DC变流器103、第一断路器104和第二断路器105，其中，第一断路器104串联连接在单元直流母线内，第二断路器105并联连接在单元直流母线内。需要说明的是，电机转子与飞轮同轴，储能单元所存储能量与飞轮转动惯量成正比，储能单元所存储能量与飞轮转速的平方成正比。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，多个飞轮储能单元1的直流端串联连接。其中，多个飞轮储能单元1的单元数量可增减。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，预充电支路3包括预充电断路器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联飞轮储能阵列装置，其特征在于，包括：/n直流电网和多个飞轮储能单元；/n预充电支路，用于为所述飞轮储能单元中的直流侧电容充电；/n旁路支路，用于预充电完毕后，旁路预充电支路；/n阵列控制器，用于与所述直流电网的电压匹配后，调节所述每个飞轮储能单元的飞轮转速进行充电或放电，实现直流电网储能。/n

【技术特征摘要】
1.一种串联飞轮储能阵列装置，其特征在于，包括：
直流电网和多个飞轮储能单元；
预充电支路，用于为所述飞轮储能单元中的直流侧电容充电；
旁路支路，用于预充电完毕后，旁路预充电支路；
阵列控制器，用于与所述直流电网的电压匹配后，调节所述每个飞轮储能单元的飞轮转速进行充电或放电，实现直流电网储能。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述每个飞轮储能单元包括飞轮本体、电机、AC/DC变流器、第一断路器和第二断路器，其中，所述第一断路器串联连接在单元直流母线内，所述第二断路器并联连接在所述单元直流母线内。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预充电支路包括预充电断路器和充电电阻器。


4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旁路支路包括旁路断路器和电抗器。


5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个飞轮储...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜新建，吕静亮，龚国仙，柴建云，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11