飞轮储能控制系统及其控制、保护和转子位置角冗余方法技术方案

本发明专利技术提供一种飞轮储能控制系统及其控制、保护和转子位置角冗余方法，包括：至少一个交错并联六相三电平变换器、一个信息检测单元、一个控制单元、一个电机和至少一个制动单元；所述电机、所述制动单元均通过信息检测单元连接至所述交错并联六相三电平变换器的输出端；所述制动单元与电机的定子绕组电连接；信息检测单元的输出端与控制单元的输入端电连接；控制单元的输出端与交错并联六相三电平变换器电连接。本发明专利技术有效提高飞轮储能系统稳定运行时的工作效率和飞轮储能系统的可靠性。定运行时的工作效率和飞轮储能系统的可靠性。定运行时的工作效率和飞轮储能系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
飞轮储能控制系统及其控制、保护和转子位置角冗余方法


[0001]本专利技术属于新能源储能技术、电机驱动
，具体涉及一种飞轮储能控制系统及其控制、保护和转子位置角冗余方法。

技术介绍

[0002]新型储能技术作为实现能源高效利用的重要途径，得到越来越多的关注。飞轮储能是一种新型绿色环保的机械储能技术，具有充放电迅速、储能密度高、寿命长，环境友好等优点，可应用于轨道交通制动能回收、电力系统调峰和电磁弹射等领域。
[0003]飞轮储能系统完成电能与机械能的相互转换，并将能量以动能的形式储存在飞轮中。在飞轮储能系统中，变换器是电能转换的关键。传统的飞轮储能控制系统采用两电平变换器，存在系统耐压等级低、谐波含量高等缺点。另外，传统的飞轮储能控制系统往往采用单模块的三相变换器控制三相永磁同步电机，系统功率等级低，电流容量小。在飞轮储能系统的控制方法方面，现有的飞轮储能系统通常将工作状态分为充电状态、放电状态和待机状态，待机状态维持小功率运行，不能有效降低系统的损耗。而且，为了提高飞轮储能系统的整体效率，必须有效协调系统的工作模式和工作状态。另外，除了提高飞轮储能系统稳定运行时的工作效率，还要提高飞轮储能系统的可靠性，在系统发生不同的故障时，采取不同的保护措施，更有效地保护硬件设备。提高飞轮储能系统的可靠性的有效途径还包括转子位置角冗余。转子位置角硬件检测设备可能出现故障损坏或者误差较大的情况，导致电机失控，危及飞轮储能系统的稳定运行，因此有必要对转子位置角进行冗余处理。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了解决上述
技术介绍
存在的不足，提供一种飞轮储能控制系统及其控制、保护和转子位置角冗余方法，有效提高飞轮储能系统稳定运行时的工作效率和飞轮储能系统的可靠性。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：一种飞轮储能控制系统，包括：至少一个交错并联六相三电平变换器、一个信息检测单元、一个控制单元、一个电机和至少一个制动单元；所述交错并联六相三电平变换器包括上电容组、下电容组、A相交错并联三电平电路、B相交错并联三电平电路、C交错并联三电平电路、U相交错并联三电平电路、V相交错并联三电平电路和W相交错并联三电平电路；所述上电容组中的电容并联连接，所述下电容组中的电容并联连接，所述上电容组和所述下电容组串联连接；所述A相交错并联三电平电路、所述B相交错并联三电平电路、所述C相交错并联三电平电路、所述U相交错并联三电平电路、所述V相交错并联三电平电路和所述W相交错并联三电平电路的输入端正极均连接至所述上电容组正极，输入端中点均连接至所述上电容组与所述下电容组的连接点，输入端负极均连接至所述下电容组负极；所述A相交错并联三电平电路、所述B相交错并联三电平电路、所述C相交错并联三电平电路、所述U相交错并联三电平电路、所述V相交错并联三电平电路和所述W相交错并联
三电平电路均包括M个三电平支路和M个共模电感，所述M个三电平支路输出端通过串联所述共模电感并联连接；且所述M个三电平支路的调制波相同，载波相差360/M度，M≥2；所述电机和所述制动单元均通过信息检测单元连接至所述交错并联六相三电平变换器的输出端；所述制动单元与电机的定子绕组电连接；信息检测单元的输出端与控制单元的输入端电连接；控制单元的输出端与交错并联六相三电平变换器电连接。
[0006]上述技术方案中，还包括信息交互单元，所述信息交互单元向所述控制单元发送工作指令并接收显示所述控制单元发送的工作信息；所述工作指令包括但不限于模式判断指令、硬件启停指令、转速给定指令和软件启停指令；所述工作信息包括但不限于所述交错并联六相三电平变换器上电容组电压、下电容组电压、交流侧输出电压和交流侧输出电流。
[0007]上述技术方案中，所述信息检测单元采集所述交错并联六相三电平变换器和所述电机的状态信息；所述状态信息包括但不限于所述交错并联六相三电平变换器上电容组电压、下电容组电压、交流侧输出电压、交流侧输出电流以及所述电机的转子位置和转速。
[0008]本专利技术提供了一种飞轮储能控制系统的控制方法，其特征在于，应用于上述技术方案所述的飞轮储能控制系统中的控制单元，包括如下步骤：所述控制单元接收所述信息检测单元采集所述交错并联六相三电平变换器和所述电机的状态信息；所述控制单元接收所述信息交互单元发送的工作指令；所述控制单元根据接收到的状态信息和工作指令判定交错并联六相三电平变换器的状态；所述控制单元根据所述交错并联六相三电平变换器和所述电机的的状态信息进行故障判断，并根据故障类型执行相应的保护动作；所述控制单元根据工作指令选择系统工作模式；所述控制单元根据所述电机的转速控制所述电机进行预充电；预充电完成后，所述控制单元根据上电容组电压和所述下电容组电压切换电机状态，并根据电机状态控制交错并联六相三电平变换器状态；所述控制单元根据电机状态控制电机运行。
[0009]上述技术方案中，所述控制单元根据接收到的状态信息和工作指令判定交错并联六相三电平变换器的状态的过程包括：若所述工作指令中的硬件启停指令为启动，交错并联六相三电平变换器状态进入待机状态；若所述工作指令中的硬件启停指令为停止，且所述电机的转速为0，交错并联六相三电平变换器状态进入关机状态；若所述工作指令中的硬件启停指令为停止，且所述电机的转速不为0，交错并联六相三电平变换器状态先进入开机状态，所述电机制动，直到所述电机的转速为0后，交错并联六相三电平变换器进入关机状态。
[0010]上述技术方案中，所述控制单元根据工作指令选择系统工作模式的过程包括：在所述工作指令中的硬件启停指令为启动且电机和交错并联六相三电平变换器均无故障的情况下，若所述工作指令中的模式判断指令为手动模式，则所述控制单元采用由所述信息
交互单元发送的转速给定指令和软件启停指令；若所述工作指令中的模式判断指令为自动模式，则所述控制单元根据所述电机状态自动设置转速给定指令和软件启停指令。
[0011]上述技术方案中，只有在所述工作指令中的模式判断指令为自动模式的情况下，所述电机进行预充电；所述控制单元根据所述电机的转速控制所述电机进行预充电的过程包括：若所述控制单元判定所述电机的转速低于最低运行转速，则驱动电机加速至最低工作转速并驱动电机进行预充电；若所述控制单元判定所述电机的转速高于最低工作转速，则驱动所述电机停止预充电；若所述控制单元判定若所述电机的转速在最低运行转速和最低工作转速之间，则驱动所述电机维持当前状态。
[0012]上述技术方案中，所述控制单元根据上电容组电压和所述下电容组电压切换电机状态，并根据电机状态控制交错并联六相三电平变换器状态的过程包括：若所述上电容组电压和所述下电容组电压之和大于最大工作电压，则状态切换标志1为1，若所述上电容组电压和所述下电容组电压之和小于额定工作电压，则状态切换标志1为0；若所述上电容组电压和所述下电容组电压之和小于最小工作电压，则状态切换标志2为
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1，若所述上电容组电压和所述下电容组电压之和大于额定工作电压，则状态切换标志2为0；所述状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞轮储能控制系统，其特征在于，包括：至少一个交错并联六相三电平变换器、一个信息检测单元、一个控制单元、一个电机和至少一个制动单元；所述交错并联六相三电平变换器包括上电容组、下电容组、A相交错并联三电平电路、B相交错并联三电平电路、C交错并联三电平电路、U相交错并联三电平电路、V相交错并联三电平电路和W相交错并联三电平电路；所述上电容组中的电容并联连接，所述下电容组中的电容并联连接，所述上电容组和所述下电容组串联连接；所述A相交错并联三电平电路、所述B相交错并联三电平电路、所述C相交错并联三电平电路、所述U相交错并联三电平电路、所述V相交错并联三电平电路和所述W相交错并联三电平电路的输入端正极均连接至所述上电容组正极，输入端中点均连接至所述上电容组与所述下电容组的连接点，输入端负极均连接至所述下电容组负极；所述A相交错并联三电平电路、所述B相交错并联三电平电路、所述C相交错并联三电平电路、所述U相交错并联三电平电路、所述V相交错并联三电平电路和所述W相交错并联三电平电路均包括M个三电平支路和M个共模电感，所述M个三电平支路输出端通过串联所述共模电感并联连接；且所述M个三电平支路的调制波相同，载波相差360/M度，M≥2；所述电机和所述制动单元均通过信息检测单元连接至所述交错并联六相三电平变换器的输出端；所述制动单元与电机的定子绕组电连接；信息检测单元的输出端与控制单元的输入端电连接；控制单元的输出端与交错并联六相三电平变换器电连接。2.根据权利要求1所述的一种飞轮储能控制系统，其特征在于：还包括信息交互单元，所述信息交互单元向所述控制单元发送工作指令并接收显示所述控制单元发送的工作信息；所述工作指令包括但不限于模式判断指令、硬件启停指令、转速给定指令和软件启停指令；所述工作信息包括但不限于所述交错并联六相三电平变换器上电容组电压、下电容组电压、交流侧输出电压和交流侧输出电流。3.根据权利要求2所述的一种飞轮储能控制系统，其特征在于：所述信息检测单元采集所述交错并联六相三电平变换器和所述电机的状态信息；所述状态信息包括但不限于所述交错并联六相三电平变换器上电容组电压、下电容组电压、交流侧输出电压、交流侧输出电流以及所述电机的转子位置和转速。4.一种飞轮储能控制系统的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求3所述的飞轮储能控制系统中的控制单元，包括如下步骤：所述控制单元接收所述信息检测单元采集所述交错并联六相三电平变换器和所述电机的的状态信息；所述控制单元接收所述信息交互单元发送的工作指令；所述控制单元根据接收到的状态信息和工作指令判定交错并联六相三电平变换器的状态；所述控制单元根据所述交错并联六相三电平变换器和所述电机的的状态信息进行故障判断，并根据故障类型执行相应的保护动作；所述控制单元根据工作指令选择系统工作模式；所述控制单元根据所述电机的转速控制所述电机进行预充电；预充电完成后，所述控制单元根据上电容组电压和所述下电容组电压切换电机状态，并根据电机状态控制交错并联六相三电平变换器状态；
所述控制单元根据电机状态控制电机运行。5.根据权利要求4所述的飞轮储能控制系统的控制方法，其特征在于：所述控制单元根据接收到的状态信息和工作指令判定交错并联六相三电平变换器的状态的过程包括：若所述工作指令中的硬件启停指令为启动，交错并联六相三电平变换器状态进入待机状态；若所述工作指令中的硬件启停指令为停止，且所述电机的转速为0，交错并联六相三电平变换器状态进入关机状态；若所述工作指令中的硬件启停指令为停止，且所述电机的转速不为0，交错并联六相三电平变换器状态先进入开机状态，所述电机制动，直到所述电机的转速为0后，交错并联六相三电平变换器进入关机状态。6.根据权利要求4所述的飞轮储能控制系统的控制方法，其特征在于：所述控制单元根据工作指令选择系统工作模式的过程包括：在所述工作指令中的硬件启停指令为启动且电机和交错并联六相三电平变换器均无故障的情况下，若所述工作指令中的模式判断指令为手动模式，则所述控制单元采用由所述信息交互单元发送的转速给定指令和软件启停指令；若所述工作指令中的模式判断指令为自动模式，则所述控制单元根据所述电机状态自动设置转速给定指令和软件启停指令。7.根据权利要求6所述的飞轮储能控制系统的控制方法，其特征在于：只有在所述工作指令中的模式判断指令为自动模式的情况下，所述电机进行预充电；所述控制单元根据所述电机的转速控制所述电机进行预充电的过程包括：若所述控制单元判定所述电机的转速低于最低运行转速，则驱动电机加速至最低工作转速并驱动电机进行预充电；若所述控制单元判定所述电机的转速高于最低工作转速，则驱动所述电机停止预充电；若所述控制单元判定若所述电机的转速在最低运行转速和最低工作转速之间，则驱动所述电机维持当前状态。8.根据权利要求6所述的飞轮储能控制系统的控制方法，其特征在于：所述控制单元根据上电容组电压和所述下电...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾胜，聂子玲，李忠瑞，张庆湖，李华玉，任强，袁鹏飞，陶涛，阳习党，
申请(专利权)人：湖北东湖实验室，
类型：发明
国别省市：