立式飞轮储能及惯量传导系统技术方案

本发明专利技术提供了一种立式飞轮储能及惯量传导系统，包括飞轮储能单元、惯量传导装置和发电机。飞轮储能单元包括飞轮转子和电动机，惯量传导装置用于传导转动惯量，惯量传导装置包括转动惯量输入端和转动惯量输出端，飞轮转子可断开地与转动惯量输入端传动连接，转动惯量输出端的转速能够保持恒定，转动惯量输出端可断开地与发电机传动连接，发电机用于受惯量传导装置驱动产生并输出稳定电流，其中，电动机、飞轮转子、惯量传导装置以及发电机均立式布置且在竖直方向上从下至上设置。将本发明专利技术的立式飞轮储能及惯量传导系统与电网连接，能够提高电网中的转动惯量，为电网提供必要的电压和频率支撑。率支撑。率支撑。

【技术实现步骤摘要】
立式飞轮储能及惯量传导系统


[0001]本专利技术涉及储能
，尤其是涉及一种立式飞轮储能及惯量传导系统。

技术介绍

[0002]随着以清洁能源为主的新一轮能源变革的发展，新能源在我国电网中的占比将越来越高。但是，新能源技术中多采用电力电子装置接入电网，而电力电子装置属于静置设备，其不具备类似同步机的旋转结构，几乎没有转动惯量，无法主动为电网提供必要的电压和频率支撑，也无法提供必要的阻尼作用。尤其是随着通过电力电子装置连接到电网的分布式能源的渗透率越来越高，电网总的转动惯量不断减小，因此当发生重大的负荷或电源突变时电网出现大的频率偏差的风险也不断提高。高比例电力电子装置的接入会导致电网长期处于低惯量水平中，增加系统不平衡功率冲击，这给电力系统安全稳定的运行带来了越来越大的压力。为改善缓解电网运行压力及新能源消纳压力，亟需具备一定的支撑电网动态调整能力的储能系统来提高电网高效接纳新能源的能力。

技术实现思路

[0003]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
[0004]飞轮储能技术是一种以动能形式存储能量的储能技术，通过电动机/发电机带动转子加速/减速的方式来实现能量的存储/释放。飞轮储能的主要优点是具有快速的爬坡能力、能量转换效率高和使用寿命长等，在提供辅助服务，例如惯量和频率调节等方面具有得天独厚的优势。且飞轮没有任何地理限制，可以轻松安装，具有可推广及可大规模复制的优点。
[0005]目前已有的飞轮储能技术均通过电力电子装置辅助电动/发电机进行动能和电能之间的相互转换过程。当系统需要储存电能时，其会将外部输送来的交流电通过AC/DC的方式供给电动机，进而驱动飞轮转子旋转储能；当需要放电时，电力电子装置对飞轮转子的转子转动惯量进行解耦，起到整流、调频、稳压的作用，以满足负载用电需求。但是电力电子装置属于静置设备，几乎没有转动惯量，因此，飞轮储能技术无法解决当前电网中由电力电子装置的使用导致的总的转动惯量不断减小的问题，
[0006]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，本专利技术提出一种立式飞轮储能及惯量传导系统。
[0007]根据本专利技术的立式飞轮储能及惯量传导系统，包括：飞轮储能单元，所述飞轮储能单元包括飞轮转子和电动机；惯量传导装置，所述惯量传导装置用于传导转动惯量，所述惯量传导装置包括转动惯量输入端和转动惯量输出端，所述飞轮转子可断开地与所述转动惯量输入端传动连接，所述转动惯量输出端的转速能够保持恒定；和发电机，所述转动惯量输出端可断开地与所述发电机传动连接，所述发电机用于受所述惯量传导装置驱动产生并输出稳定电流，所述电动机、所述飞轮转子、所述惯量传导装置以及所述发电机均立式布置且在竖直方向上从下至上设置；真空室，所述飞轮转子和所述电动机均位于所述真空室内，所
述惯量传导装置和所述发电机均位于所述真空室外，或者，所述惯量传导装置位于所述真空室内，所述发电机位于所述真空室外。
[0008]根据本专利技术提供的立式飞轮储能及惯量传导系统具有用于传导转动惯量的惯量传导装置，且惯量传导装置的输出转速能够保持恒定，发电机能够稳定输出电流。将本专利技术实施例提供的立式飞轮储能及惯量传导系统与电网连接，无需采用电力电子装置解耦、整流、调频、稳压，解决了目前电网中由电力电子装置的使用导致的总的转动惯量不断减小的问题，能够提高电网中的转动惯量，为电网提供必要的电压和频率支撑，降低了电网出现大的频率偏差的风险，使电力系统能够安全稳定的运行，并提高了电网高效接纳新能源的能力。
[0009]在一些实施例中，所述立式飞轮储能及惯量传导系统，包括第一传动轴和第二传动轴，所述第一传动轴传动连接所述飞轮转子、所述电动机和所述转动惯量输入端，所述第二传动轴传动连接所述转动惯量输出端和所述发电机。
[0010]在一些实施例中，所述第一传动轴的旋转中心线、所述第二传动轴的旋转中心线和所述飞轮转子的旋转中心线彼此重合，且均沿竖直方向延伸。
[0011]在一些实施例中，所述飞轮转子套设在所述第一传动轴上并与其相连，所述第一传动轴的一端与所述电动机的输出端传动连接，所述第一传动轴的另一端与所述转动惯量输入端传动连接，所述第二传动轴的一端与所述转动惯量输出端传动连接，所述第二传动轴的另一端与所述发电机的输入端传动连接。
[0012]在一些实施例中，当所述惯量传导装置和所述发电机均位于所述真空室外，所述第一传动轴从所述真空室内穿出并与所述真空室之间配合设置有动密封结构，当所述惯量传导装置位于所述真空室内，所述发电机位于所述真空室外，所述第一传动轴位于所述真空室内，所述第二传动轴从所述真空室内穿出并与所述真空室之间配合设置有动密封结构。
[0013]在一些实施例中，所述惯量传导装置为无级变速装置以便使所述转动惯量输出端的转速能够保持恒定。
[0014]在一些实施例中，所述惯量传导装置为具有无级变速功能的永磁变速装置，所述永磁变速装置包括内磁环、调磁环和外磁环，所述内磁环、所述调磁环和所述外磁环从内向外依次套装且彼此间隔形成气隙，所述内磁环为所述转动惯量输入端，所述调磁环为所述转动惯量输出端，所述外磁环可旋转地设置。
[0015]在一些实施例中，所述外磁环包括从内向外依次相连的外磁环内永磁体、外磁环铁芯和外磁环外永磁体，所述永磁变速装置还包括定子，所述定子套设在所述外磁环上并与所述外磁环间隔形成气隙，所述外磁环能够被所述定子产生的旋转磁场驱动且转速可调。
[0016]在一些实施例中，立式飞轮储能及惯量传导系统还包括飞轮储能控制器，所述飞轮储能控制器用于控制所述飞轮储能单元的能量输入及输入功率，所述飞轮储能控制器包括：电网检测模块，所述电网检测模块用于检测电网的当前频率和状态；电动机控制模块，所述电动机控制模块用于根据电网的当前频率和状态控制所述电动机的启闭及输入功率。
[0017]在一些实施例中，立式飞轮储能及惯量传导系统还包括惯量传导控制器，所述惯量传导控制器用于调控所述惯量传导装置的变速比，其包括：输入转速检测模块，所述输入
转速检测模块用于检测所述惯量传导装置的输入转速；运算模块，所述运算模块用于根据所述惯量传导装置的输入转速和所述输出转速的预设值运算出所述惯量传导装置的理想变速比。
[0018]本专利技术的附加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
[0019]图1是根据本专利技术实施例一的立式飞轮储能及惯量传导系统的示意图。
[0020]图2是根据本专利技术实施例二的立式飞轮储能及惯量传导系统的示意图。
[0021]图3是根据本专利技术实施例的飞轮储能单元的结构示意图。
[0022]图4是根据本专利技术实施例的永磁变速装置的结构示意图。
[0023]图5是根据本专利技术实施例的永磁变速装置的截面图。
[0024]图6是根据本专利技术实施例的飞轮储能控制器的示意图。
[0025]图7是根据本专利技术实施例的惯量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种立式飞轮储能及惯量传导系统，其特征在于，包括：飞轮储能单元，所述飞轮储能单元包括飞轮转子和电动机；惯量传导装置，所述惯量传导装置用于传导转动惯量，所述惯量传导装置包括转动惯量输入端和转动惯量输出端，所述飞轮转子可断开地与所述转动惯量输入端传动连接，所述转动惯量输出端的转速能够保持恒定；发电机，所述转动惯量输出端可断开地与所述发电机传动连接，所述发电机用于受所述惯量传导装置驱动产生并输出稳定电流，所述电动机、所述飞轮转子、所述惯量传导装置以及所述发电机均立式布置且在竖直方向上从下至上设置；和真空室，所述飞轮转子和所述电动机均位于所述真空室内，所述惯量传导装置和所述发电机均位于所述真空室外，或者，所述惯量传导装置位于所述真空室内，所述发电机位于所述真空室外。2.根据权利要求1所述的立式飞轮储能及惯量传导系统，其特征在于，包括第一传动轴和第二传动轴，所述第一传动轴传动连接所述飞轮转子、所述电动机和所述转动惯量输入端，所述第二传动轴传动连接所述转动惯量输出端和所述发电机。3.根据权利要求2所述的立式飞轮储能及惯量传导系统，其特征在于，所述第一传动轴的旋转中心线、所述第二传动轴的旋转中心线和所述飞轮转子的旋转中心线彼此重合，且均沿竖直方向延伸。4.根据权利要求2所述的立式飞轮储能及惯量传导系统，其特征在于，所述飞轮转子套设在所述第一传动轴上并与其相连，所述第一传动轴的一端与所述电动机的输出端传动连接，所述第一传动轴的另一端与所述转动惯量输入端传动连接，所述第二传动轴的一端与所述转动惯量输出端传动连接，所述第二传动轴的另一端与所述发电机的输入端传动连接。5.根据权利要求4所述的立式飞轮储能及惯量传导系统，其特征在于，当所述惯量传导装置和所述发电机均位于所述真空室外，所述第一传动轴从所述真空室内穿出并与所述真空室之间配合设置有动密封结构，当所述惯量传导装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊，吴智泉，白宁，张蔚琦，刘赟，李海鹏，韩雨辰，王绪伟，王际辉，兰昊，牛明宇，孙金华，沈峰，余慧莺，
申请(专利权)人：国家电投集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：