基于飞轮储能系统的电能控制系统和电能控制方法技术方案

本发明专利技术提出了基于飞轮储能系统的电能控制系统和电能控制方法。其中，电能控制方法包括：第一传感器，设置在飞轮电机上，第一传感器用于采集飞轮电机的转速信息；第二传感器，设置在变流器的直流侧与电网之间，第二传感器用于采集电网的母线电压；控制器，分别与第一传感器和第二传感器相连接，控制器用于响应转速信息，确定飞轮电机的转速，并根据转速与目标转速的关系，确定储能系统的第一工作阈值；根据第一工作阈值调整母线电压的下限值；以及根据母线电压和第一工作阈值确定变流器的PWM信号。本发明专利技术实现对电网电能的管理同时，实现对飞轮储能系统的电能平衡进行控制管理，实现飞轮储能系统时刻处在可吸收释放能量的状态。轮储能系统时刻处在可吸收释放能量的状态。轮储能系统时刻处在可吸收释放能量的状态。

【技术实现步骤摘要】
基于飞轮储能系统的电能控制系统和电能控制方法


[0001]本专利技术涉及储能系统的能源管理
，具体而言，涉及基于飞轮储能系统的电能控制系统和电能控制方法。

技术介绍

[0002]地铁由地铁牵引供电网络实现将电网的电能转化为地铁列车所需的电能，以实现地铁列车的运行。
[0003]地铁列车在运行过程中存在三个主要工况：1、启动状态，列车在启动状态时会从地铁牵引电网中大量吸收电能，将电能转化为动能。2、保持状态，列车额定运行速度，此状态下消耗功率较小。3、制动状态，列车在制动状态时，通过电机将列车的动能转化为电能回馈回地铁电网。
[0004]由于地铁电网系统是采用不控整流的直流电网，因此当地铁列车制动时产生的大量电能是无法通过不控制整流桥将能量反馈回电网，回导致地铁电网母线电压升高，为了解决这个问题，一般地铁电网采用引入制动电阻，通过电阻将电能转化为热能的形式将这部分能量消耗，从而维持地铁电网电压。
[0005]随着技术的发展和节能环保意识的提高，储能系统在地铁电网系统中的应用越来越多的受到重视。当地铁电网能量过多时，由地铁储能系统将电能进行吸收储存，在地铁电网能量减少时进行释放的方法，起到了对电能的合理利用，稳定地铁电网母线的作用。但是由于地铁运行时存在很多不确定因素，列车制动的回馈能与列车启动所消耗的电能并不相等，会使得地铁储能系统在充放电的过程中存储的能量会向充满或没电的状态偏移，影响了地铁储能系统的性能。但存在以下缺点：1、能源的浪费，制动的电能通过电阻转化为热能释放，是对能源的浪费；2、噪音污染，由于制动电阻采用的是斩波器与电阻配合使用的方式，因此在制动时会产生较大噪音；3、发热，采用制动电阻将大量的电能转化为热能时，会向空间释放出大量的热，增加了散热系统的压力。
[0006]相关技术中，由于地铁电网系统是采用不控整流的直流电网，当地铁列车制动时产生的大量电能是无法通过不控制整流桥将能量反馈回电网，回导致地铁电网母线电压升高，现有技术一般地铁电网采用引入制动电阻，通过电阻将电能转化为热能的形式将这部分能量消耗，从而维持地铁电网电压。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的无法对供电网络(如地铁牵引电网)电能管理的同时，对储能系统的电能实现控制管理的技术问题。
[0008]为此，本专利技术的一个方面在于提出了一种基于飞轮储能系统的电能控制系统。
[0009]本专利技术的另一个方面在于提出了一种基于飞轮储能系统的电能控制方法。
[0010]有鉴于此，根据本专利技术的一个方面，提出了一种基于飞轮储能系统的电能控制系统，飞轮储能系统包括变流器和飞轮，其中，变流器的直流侧与飞轮储能系统接入的电网相
连，变流器的交流侧与飞轮相连，飞轮包括飞轮电机，电能控制系统包括：第一传感器，设置在飞轮电机上，第一传感器用于采集飞轮电机的转速信息；第二传感器，设置在变流器的直流侧与电网之间，第二传感器用于采集电网的母线电压；控制器，分别与第一传感器和第二传感器相连接，控制器用于响应转速信息，确定飞轮电机的转速，并根据转速与目标转速的关系，确定储能系统的第一工作阈值；根据第一工作阈值调整母线电压的下限值；以及根据母线电压和第一工作阈值确定变流器的PWM信号。
[0011]本专利技术提供的基于飞轮储能系统的电能控制系统，飞轮储能系统包括变流器和飞轮，其中，飞轮包括飞轮电机，变流器的直流侧与飞轮储能系统接入的电网相连，变流器的交流侧与飞轮电机相连。利用变流器将地铁电网的直流电转化为交流电，并通过飞轮电机将电能通过机械能进行储存。电能控制系统包括第一传感器、第二传感器和控制器。其中，第一传感器设置在飞轮电机上，第二传感器设置在变流器的直流侧与电网之间，控制器分别与第一传感器和第二传感器相连接。控制器通过第一传感器获取飞轮电机的转速信息，从而确定出飞轮电机的转速。并将飞轮电机的转速与目标转速进行对比，根据两者的大小关系，确定出飞轮储能系统与之对应的第一工作阈值，即第一工作阈值是动态可调的。根据第一工作阈值来确定电网侧母线电压的下限值，而网侧母线电压的下限值则决定了飞轮储能系统进入放电控制模式的下阈值，即根据飞轮电机转速状态情况对飞轮储能系统下阈值进行动态控制，使得网侧母线电压可调，从而可维持母线电压稳定。于此同时，通过第二传感器获取到电网的母线电压，根据母线电压、第一工作阈值来确定变流器的PWM信号，利用PWM信号控制变流器的开关器件的开断，实现对变流器功率的流向及大小进行控制，从而在实现对电网电能进行管理的同时，实现对飞轮储能系统的能量管理，实现飞轮储能系统时刻处在可吸收释放能量的状态，达到动态能量平衡。
[0012]其中，预先设定目标转速，根据运行情况不同此转速设定值不同，一般在目标转速下，飞轮既可以满功率吸收电能，也可以满功率输出电能。
[0013]具体地，可通过旋转变压器采样飞轮电机的转速和相角，计算出飞轮电机单位时间内的平均转速。将平均转速与目标转速进行比对。
[0014]根据本专利技术的上述基于飞轮储能系统的电能控制系统，还可以具有以下技术特征：
[0015]在上述技术方案中，控制器具体用于：获取与电网的当前运行情况对应的基准电压和电压调整值；基于转速大于目标转速，根据基准电压和电压调整值的差值确定第一工作阈值；基于转速小于目标转速，根据基准电压和电压调整值的和值确定第一工作阈值。
[0016]在该技术方案中，控制器通过获取与电网的当前运行情况对应的基准电压和电压调整值，当飞轮电机的转速大于目标转速时，飞轮储能系统需要释放更多电能降低飞轮电机的转速，反之则需要释放更少的电能增加飞轮电机的转速。具体地，当飞轮电机的转速大于目标转速时，根据基准电压和电压调整值的差值确定第一工作阈值，以提高网侧母线电压。当飞轮电机的转速小于目标转速时，根据基准电压和电压调整值的和值确定第一工作阈值，以降低网侧母线电压。
[0017]其中，可根据电网的额定电压与第一工作阈值确定母线电压的下限值，即飞轮储能系统的下阈值。具体地，第一工作阈值越大，母线电压的下限值越小，第一工作阈值越小，母线电压的下阈值越大。
[0018]具体地，当飞轮电机的转速大于目标转速时，可将基准电压和电压调整值的差值或差值与第一系数的乘积作为飞轮储能系统的下阈值，从而确定出第一工作阈值。
[0019]当飞轮电机的转速小于目标转速时，可将基准电压和电压调整值的和值或和值与第二系数的乘积作为飞轮储能系统的下阈值，从而确定出第一工作阈值。
[0020]其中，第一系数为常数，比如1、0.5、0.8等；第二系数为常数，比如1、0.5、0.8等。
[0021]本专利技术的基于飞轮储能系统的电能控制系统，可根据电网的实际运行情况动态调整飞轮储能系统的第一工作阈值，从而可对网侧母线电压进行动态调整，维持母线电压稳定，实现对变流器输出功率的控制，从而在实现对电网电能进行管理的同时，实现对飞轮储能系统的能量管理。
[0022]在上述技术方案中，还包括：第三传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于飞轮储能系统的电能控制系统，所述飞轮储能系统包括变流器和飞轮，其中，所述变流器的直流侧与所述飞轮储能系统接入的电网相连，所述变流器的交流侧与所述飞轮相连，所述飞轮包括飞轮电机，其特征在于，所述电能控制系统包括：第一传感器，设置在所述飞轮电机上，所述第一传感器用于采集所述飞轮电机的转速信息；第二传感器，设置在所述变流器的直流侧与所述电网之间，所述第二传感器用于采集所述电网的母线电压；控制器，分别与所述第一传感器和所述第二传感器相连接，所述控制器用于响应所述转速信息，确定所述飞轮电机的转速，并根据所述转速与目标转速的关系，确定所述储能系统的第一工作阈值；根据所述第一工作阈值确定所述母线电压的下限值；以及根据所述母线电压和所述第一工作阈值确定所述变流器的PWM信号。2.根据权利要求1所述的基于飞轮储能系统的电能控制系统，其特征在于，所述控制器,获取与所述电网的当前运行情况对应的基准电压和电压调整值；基于所述转速大于所述目标转速，根据所述基准电压和所述电压调整值的差值确定所述第一工作阈值；基于所述转速小于所述目标转速，根据所述基准电压和所述电压调整值的和值确定所述第一工作阈值。3.根据权利要求1所述的基于飞轮储能系统的电能控制系统，其特征在于，还包括第三传感器，所述第三传感器设置在所述变流器与所述飞轮电机之间，所述第三传感器用于采集所述飞轮电机的三相电流；所述控制器与所述第三传感器相连接，所述控制器用于根据所述母线电压、所述第一工作阈值确定所述飞轮电机的交轴电流指令值和直轴电流指令值；根据所述三相电流、所述交轴电流指令值和所述直轴电流指令值确定所述交轴电压指令值和直轴电压指令值；根据所述交轴电压指令值和所述直轴电压指令值确定所述变流器的PWM信号。4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于飞轮储能系统的电能控制系统，其特征在于，还包括：容性元件，并联于所述变流器与所述电网之间。5.根据权利要求4所述的基于飞轮储能系统的电能控制系统，其特征在于，所述控制器用于获取所述储能系统的第二工作阈值，并根据所述第二工作阈值确定所述母线电压的上限值；对比所述母线电压与所述上限值和所述下限值，以确定所述储能系统的控制模式。6.一种基于飞轮储能系统的电能控制方法，所述飞轮储能系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛凯，蔡华，韦克康，周皓楠，柳伟，杨志鸿，杨光，王兆晖，李萍，朱然，
申请(专利权)人：中国航天科工飞航技术研究院中国航天海鹰机电技术研究院，
类型：发明
国别省市：