飞轮储能系统、控制方法、控制装置和可读存储介质制造方法及图纸

技术编号:36444602 阅读:22 留言:0更新日期:2023-01-25 22:38
本发明专利技术提出了飞轮储能系统、控制方法、控制装置和可读存储介质。飞轮储能系统包括:多相变流器,多相变流器的直流侧与供电电网相连;飞轮储能本体,飞轮储能本体包括多相电机,多相电机与多相变流器的交流侧相连;传感器,设置在多相变流器的直流侧与供电电网之间;控制器,分别与飞轮储能本体、多相变流器和传感器相连接,控制器用于根据母线电压确定飞轮储能系统的控制模式,基于飞轮储能系统处于不同的控制模式,将母线电压与不同的电压阈值进行比较,并根据比较结果对多相变流器和多相电机进行相应的控制。本发明专利技术的飞轮储能系统,能够最大限度的提升多相变流器的转换效率,实现最大的节能效果,同时稳定网侧母线电压,提高系统工作稳定性。统工作稳定性。统工作稳定性。

【技术实现步骤摘要】
飞轮储能系统、控制方法、控制装置和可读存储介质


[0001]本专利技术涉及储能系统
,具体而言,涉及飞轮储能系统、控制方法、控制装置和可读存储介质。

技术介绍

[0002]目前,城市轨道交通发展迅速。城市轨道交通基本采用直流1500V或750V供电制式,实现列车的牵引供电。列车制动时,先采用再生制动实现电能到直流供电网的回馈,列车所产生的制动能量相当可观,可供相邻列车牵引使用。但当发车密度不高以及回馈能量不能被相邻列车完全吸收时,会使得直流牵引网过压,甚至超出正常电压范围,影响轨道交通系统安全运行。针对再生能量制动带来的问题,可采用电阻能耗、逆变回馈、储能系统等几种方案解决。
[0003]电阻能耗方式,通过地面或车载制动电阻的消耗,实现制动能量的吸收。但是该方式属于能源的浪费,同时产生量大量的热,造成环境温度升高,并带来额外的降温能耗。
[0004]逆变回馈方式,将直流母线电压逆变,并经变压器隔离回馈给交流中低压电网,具有节能和一定的稳压作用,但是逆变回馈方式功率较高,属于短时工作制式,会对交流电网造成一定干扰。
[0005]飞轮储能方式,作为物理储能,具有功率密度高、安全性好、长寿命、环境适应性好等优点,非常适合于轨道交通储能系统。当前飞轮储能系统功率等级主流产品为200~333kW,如果用于地铁,需要多台飞轮阵列并机使用,造成了系统占地体积大、成本高、并机控制复杂等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的系统占地体积大、成本高、并机控制复杂的技术问题。
[0007]为此,本专利技术的一个方面在于提出了一种飞轮储能系统。
[0008]本专利技术的另一个方面在于提出了一种飞轮储能系统的控制方法。
[0009]本专利技术的再一个方面在于提出了一种飞轮储能系统的控制装置。
[0010]本专利技术的又一个方面在于提出了一种可读存储介质。
[0011]有鉴于此,根据本专利技术的一个方面,提出了一种飞轮储能系统,包括:多相变流器,多相变流器的直流侧与供电电网相连;飞轮储能本体,飞轮储能本体包括多相电机,多相电机与多相变流器的交流侧相连;传感器,设置在多相变流器的直流侧与供电电网之间,传感器用于采集供电电网的母线电压;控制器,分别与飞轮储能本体、多相变流器和传感器相连接,控制器用于根据母线电压确定飞轮储能系统的控制模式,基于飞轮储能系统处于不同的控制模式,将母线电压与不同的电压阈值进行比较,并根据比较结果对多相变流器和多相电机进行相应的控制。
[0012]本专利技术提供的飞轮储能系统,包括多相变流器(相数多于三相)、飞轮储能本体、传
感器及控制器,控制器分别与多相变流器、飞轮储能本体及传感器相连接。其中,飞轮储能本体包括多相电机(相数多于三相),多相变流器的直流侧与供电电网相连,多相变流器的交流侧与多相电机相连。传感器设置在多相变流器的直流侧与供电电网之间,通过传感器采集供电电网的母线电压(即网侧母线电压,简称网压)。
[0013]以地铁列车为例,当列车制动时,将再生制动能量通过飞轮储能系统转化为飞轮的动能储存起来。当列车牵引启动时,将飞轮储存的动能转化为直流电能输出直流供电网,实现再生制动能量的回收利用。
[0014]控制器通过传感器获取到网侧母线电压,通过监测母线电压的变化情况,确定飞轮储能系统的控制模式,控制模式包括充电控制模式、放电控制模式、待命模式。在不同的控制模式下,将母线电压与不同的电压阈值进行比较,根据比较结果控制多相变流器和多相电机启动对应的运行模式,以最大限度的提升多相变流器的转换效率,实现最大的节能效果,同时稳定网侧母线电压,提高系统工作稳定性。
[0015]其中,多相电机包括六相电机等,多相变流器包括六相变流器,但不限于此。
[0016]以六相电机、六相变流器为例,两者匹配,飞轮储能系统具有至少三相和六相两种运行模式,在中小功率时可以采用三相电机运行,进而提高轻载下的系统转换效率,实现最大限度的节能效果。
[0017]根据本专利技术的上述飞轮储能系统,还可以具有以下技术特征:
[0018]在上述技术方案中,多相电机包括六相电机;多相变流器包括六相变流器。
[0019]在该技术方案中,本专利技术的飞轮储能系统采用六相电机及六相变流器,可以实现三相、六相运行,在中小功率时可以采用三相电机运行,进而提高轻载下的系统转换效率,实现最大限度的节能效果。
[0020]具体地,飞轮储能本体采用六相永磁电机,为双三相绕组电机,具备三相和六相运行两种状态。变流器为六相变流器输出,具有六个独立的功率模组。六相永磁电机和六相变流器两者匹配,飞轮储能系统具有三相、六相运行两种状态。六相为全功率运行状态,以2MW为例,三相为半载功率运行状态,即1MW。并且双三相互为冗余运行。
[0021]在上述任一技术方案中,飞轮储能本体的功率等级范围为:1MW至4MW;多相变流器的功率等级范围为:1MW至4MW。
[0022]进一步地,飞轮储能本体的功率等级与多相变流器的功率等级相同。
[0023]在该技术方案中,飞轮储能系统,单机功率等级典型值为1MW~4MW,并匹配同样功率等级的储能变流器。相比现有的多台小功率的飞轮储能系统具有占地面积小,集成度高,控制更加简单方便可靠等优点。以2MW飞轮储能系统为例,占地面积减少一半以上,成本显著降低,对于空间紧张的城市轨道交通站点尤为重要。本专利技术的单机大功率飞轮储能系统相比小功率飞轮储能系统集成度更高,效率更高,具有更好的节能效果。
[0024]在上述任一技术方案中,飞轮储能本体,还包括电阻,电阻设置在多相电机与多相变流器之间;控制器,与电阻相连接,控制器用于响应于预设信息,控制飞轮储能系统进入放电控制模式;获取多相电机的转速;基于转速达到预设转速时,启动电阻,以吸收多相电机产生的功率。
[0025]在该技术方案中,飞轮储能本体还包括电阻,电阻串联在多相电机与多相变流器之间。在需要的时候,比如飞轮储能系统需要停机或者维护时,多相变流器控制飞轮储能本
体向直流母线释放能量,当达到飞轮储能工作最低转速时,控制器给飞轮储能本体柜下发控制指令,以启动电阻,从而快速消耗电机功率,实现电机的快速停机。具体地,控制器可通过向飞轮储能本体的控制单元下发指令,以使飞轮储能本体的控制单元启动电阻,进一步地,可通过控制与电阻并联的开关元件的导通或截止,而启动电阻。
[0026]在上述任一技术方案中,还包括:开关元件,设置在供电电网与多相变流器的直流侧之间。
[0027]在该技术方案中,飞轮储能系统还包括开关元件。开关元件设置在供电电网与多相变流器的直流侧之间,用于连接供电网络的正负母线和多相变流器。开关元件包括直流断路器、隔离开关等。
[0028]在上述任一技术方案中,控制器用于基于飞轮储能系统处于不同的控制模式,将母线电压与不同的电压阈值进行比较,并根据比较结果对多相变流器和多相电机进行相应的控制的步骤,具体包括:基于本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞轮储能系统,其特征在于,包括:多相变流器,所述多相变流器的直流侧与供电电网相连;飞轮储能本体,所述飞轮储能本体包括多相电机,所述多相电机与所述多相变流器的交流侧相连;传感器,设置在所述多相变流器的直流侧与所述供电电网之间,所述传感器用于采集所述供电电网的母线电压;控制器,分别与所述飞轮储能本体、所述多相变流器和所述传感器相连接,所述控制器用于根据所述母线电压确定所述飞轮储能系统的控制模式,基于所述飞轮储能系统处于不同的控制模式,将所述母线电压与不同的电压阈值进行比较,并根据比较结果对所述多相变流器和所述多相电机进行相应的控制。2.根据权利要求1所述的飞轮储能系统,其特征在于,所述控制器用于基于所述飞轮储能系统处于不同的控制模式,将所述母线电压与不同的电压阈值进行比较,并根据比较结果对所述多相变流器和所述多相电机进行相应的控制的步骤,具体包括:基于所述飞轮储能系统处于充电控制模式,将所述母线电压与第一电压上升阈值、第二电压上升阈值、第三电压上升阈值进行比较;基于所述母线电压大于或等于所述第一电压上升阈值,且小于所述第二电压上升阈值,控制所述多相变流器启动直流

交流三相变换模式,控制所述多相电机启动三相运行模式,并提升所述多相变流器的输出功率至第一功率,以提升所述多相电机的转速;基于所述母线电压大于或等于所述第二电压上升阈值,且小于所述第三电压上升阈值,控制所述多相变流器启动直流

交流六相变换模式,控制所述多相电机启动六相运行模式,并提升所述多相变流器的输出功率至第二功率,以加速提升所述多相电机的转速;基于所述母线电压大于或等于所述第三电压上升阈值,控制所述多相变流器启动直流

交流六相变换模式,控制所述多相电机启动六相运行模式,并提升所述多相变流器的输出功率至额定功率,以加速提升所述多相电机的转速。3.根据权利要求2所述的飞轮储能系统,其特征在于,所述控制器用于基于所述飞轮储能系统处于不同的控制模式,将所述母线电压与不同的电压阈值进行比较,并根据比较结果对所述多相变流器和所述多相电机进行相应的控制的步骤,具体还包括:基于所述飞轮储能系统处于放电控制模式,将所述母线电压与第一电压下降阈值、第二电压下降阈值、第三电压下降阈值进行比较;基于所述母线电压小于或等于所述第一电压下降阈值,且大于所述第二电压下降阈值,控制所述多相变流器启动交流

直流三相变换模式,控制所述多相电机启动三相运行模式,并提升所述多相变流器的输出功率至所述第一功率,以降低所述多相电机的转速;基于所述母线电压小于或等于所述第二电压下降阈值,且大于所述第三电压下降阈值,控制所述多相变流器启动交流

直流六相变换模式,控制所述多相电机启动六相运行模式,并提升所述多相变流器的输出功率至所述第二功率,以加速降低所述多相电机的转速;基于所述母线电压小于或等于所述第三电压下降阈值,控制所述多相变流器启动交流

直流六相变换模式,控制所述多相电机启动六相运行模式,并提升所述多相变流器的输出功率至所述额定功率,以加速降低所述多相电机的转速。4.根据权利要求3所述的飞轮储能系统,其特征在于,所述控制器用于根据所述母线电
压确定所述飞轮储能系统的控制模式的步骤,具体包括:将所述母线电压与所述第一电压上升阈值、所述第一电压下降阈值进行比较;基于所述母线电压大于或等于第一电压上升阈值,所述飞轮储能系统进入所述充电控制模式;基于所述母线电压小于或等于第一电压下降阈值,所述飞轮储能系统进入所述放电控制模式;基于所述母线电压大于所述第一电压下降阈值,小于所述第一电压上升阈值,所述飞轮储能系统进入待命模式。5.根据权利要求1所述的飞轮储能系统,其特征在于,所述多相电机包括六相电机;所述多相变流器包括六相变流器。6.根据权利要求1所述的飞轮储能系统,其特征在于,所述飞轮储能本体的功率等级范围为:1MW至4MW;所述多相变流器的功率等级范围为:1MW至4MW。7.根据权利要求1至6中任一项所述的飞轮储能系统,其特征在于,还包括:开关元件,设置在所述供电电网与所述多相变流器的直流侧之间。8.根据权利要求7所述的飞轮储能系统,其特征在于,所述飞轮储能本体,还包括电阻,所述电阻设置在所述多相电机与所述多相变流器之间;所述控制器,与所述电阻相连接,所述控制器用于响应于预设信息,控制所述飞轮储能系统进入放电控制模式;...

【专利技术属性】
技术研发人员:蔡华毛凯马逊韦克康杨光柳伟杨志鸿王兆晖周皓楠李萍
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:

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