本实用新型专利技术公开了一种新型模块化的动态UPS装置及系统，所述动态UPS装置包括油机发电机组和飞轮系统；所述油机发电机组包括发动机、发电机和励磁控制器，发动机输出轴与发电机轴机械连接，励磁控制器与发电机、储能变流器电气和控制连接；所述飞轮系统包括控制电机、行星齿轮机构、小飞轮组件、逆变器，所述行星齿轮机构分别与发电机轴另一端、小飞轮组件、控制电机机械连接；逆变器与控制电机、储能变流器电气和控制连接。本实用新型专利技术提出了一种新型模块化的动态UPS装置及系统，具有不间断高效直流电力输出、油机快速启动响应、飞轮系统体积小、重量轻、安全性高，低成本实现大功率移动储能、电网调频，降低对大功率柴油机和飞轮储能技术依赖。轮储能技术依赖。轮储能技术依赖。
【技术实现步骤摘要】
一种新型模块化的动态UPS装置及系统
[0001]本技术涉及一种新型模块化的动态UPS装置及系统。
技术介绍
[0002]近年来，我国高度重视储能技术与产业发展，先后出台一系列政策措施，大力发展“新能源﹢储能”。但新能源配储能存在利用率不高、成本难以消化、分散方式难发挥有效作用、配置的合理性及规模缺乏科学论证等问题。而在大型UPS不间断电源和电网调频电源市场，越来越多的采用蓄电池和飞轮储能系统技术应用。
[0003]UPS是指不间断电源，分为动态UPS和静态UPS，当前市面上静态UPS系统多采用蓄电池作为储能单元，具有储能密度大的优点，这使其能够为负载提供较长时间的电力供应，但其缺点在于占地面积大、故障率高、环境不友好等多方面因素，限制了蓄电池储能UPS的应用。
[0004]动态UPS的典型代表是飞轮UPS，以飞轮作为储能单元。飞轮UPS系统将电能存储为机械能，具有高效率存储、快速充放电、功率密度大、可靠性高、寿命长、占地面积小、环境友好等优点，特别适用于电网断电频繁的场所。动态UPS系统主要由正常工作电源（通常为市电电源）、电动机、同步发电机、柴油发动机、离合器和储能飞轮构成。而柴油发动机启动时间约束了飞轮系统的备电能力需求（飞轮储能有限，只能维持很短时间），而且随着负载功率的要求越来越高，离合器的制造难度也会越来越大，飞轮需要储蓄的能量也会越来越多，系统成本、安全、体积等种种因素，都进一步限制了动态UPS的使用和发展。
[0005]对于目前的动态UPS供电系统，不管是飞轮与电动机的机械连接还是柴油发动机通过离合器与发电机的机械连接，都会使动态UPS的结构变得复杂，不仅增加了制造难度，后期的维护工作也很困难，而且随着负载功率的要求越来越高，离合器的制造难度也会越来越大。
[0006]传统飞轮UPS通常飞轮储能的后备时间一般仅有15秒，这使得其使用场景受到很大的局限。尤其在大功率、兆瓦级的电网调峰调频、不间断供电系统作为备用电源应用，大功率飞轮储能系统会存在系统价格昂贵、体积大、安全性等问题。
[0007]作为不间断电源，飞轮UPS备电时间短仅15秒，而通常配置的油机启动时间需30秒左右，如油机启动失败会造成严重停电事故，进而系统需按负载端满负荷峰值功率要求，进一步加大飞轮储能系统的容量进行备电，满足油机30秒启动时间要求，从而使得飞轮UPS系统成本昂贵难以降低。
技术实现思路
[0008]本技术所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，本技术提出了一种新型模块化的动态UPS装置及系统，具有不间断高效直流电力输出、油机快速启动响应、飞轮系统体积小、重量轻、安全性高，低成本实现大功率移动储能、电网调频，降低对大功率柴油机和飞轮储能技术依赖。
[0009]为了解决上述技术问题，本技术的技术方案是：
[0010]本技术一方面提供一种动态UPS装置，它包括油机发电机组和飞轮系统；
[0011]所述油机发电机组包括发动机、发电机和励磁控制器，所述发动机输出轴与发电机轴机械连接，所述励磁控制器分别与发电机、储能变流器进行电气和控制连接；
[0012]所述飞轮系统的输出轴与油机发电组中的发电机轴另一端机械连接，所述飞轮系统的逆变器与储能变流器进行电气和控制连接。
[0013]进一步，所述飞轮系统包括逆变器、控制电机、行星齿轮机构和小飞轮组件；
[0014]所述行星齿轮机构的三个自由度分别与发电机轴另一端、小飞轮组件、控制电机机械连接；
[0015]所述逆变器分别与控制电机、储能变流器进行电气和控制连接。
[0016]进一步，所述飞轮系统的输出轴与行星齿轮机构中的行星架传动连接，所述小飞轮组件与行星齿轮机构中的齿圈传动连接，所述控制电机与行星齿轮机构中的太阳轮传动连接。
[0017]进一步，所述小飞轮组件由多个小飞轮并联传动连接构成。
[0018]进一步，还包括电池组，所述电池组直流母线与油机发电机组和飞轮系统DC直流侧并联电气连接，并将电力传输至储能变流器；所述电池组控制信号与储能变流器进行控制连接。
[0019]本技术另一方面提供一种新型模块化动态UPS系统，它包括储能变流器以及动态UPS装置。
[0020]进一步，所述储能变流器的一端与市电AC交流侧电路进行电气和信号连接，所述储能变流器的另一端与动态UPS装置DC直流侧电路进行电气和信号连接。
[0021]进一步，所述动态UPS装置设置有多个，并联组合成大功率动态UPS储能系统，用于大功率场景，如电网调频。
[0022]进一步，多个所述动态UPS装置并联在直流侧，与大功率储能变流器直流侧电路进行电气和控制连接。
[0023]进一步，所述储能变流器以及多个所述动态UPS装置可布置到20尺标准集装箱中，实现上下多层布置，构成大功率可移动动态UPS储能系统电源车或备用电源。
[0024]采用了上述技术方案，本技术具有以下的有益效果：
[0025]1、本技术可以实现发动机快速启动，本技术中的飞轮系统在释放飞轮动能发电的同时可输出机械扭矩带动发动机主轴旋转，可快速启动发动机动态点火，使得发电机组能快速平稳发电输出，大幅缩短油机启动时间至5秒以内，实现UPS系统快速响应。
[0026]2、本技术由于能大幅缩短油机启动时间，对飞轮UPS的备电时间要求也相应得到大幅缩短，对飞轮系统的储能容量和功率要求也大幅下降，降低飞轮系统体积和成本。
[0027]3、本技术采用了行星齿轮结构设计，可以将飞轮功率放大k倍，相比较传统飞轮储能系统中的使用的电动机或发电机，控制电机的功率可降低至1/k，使得控制电机的功率得到大幅降低，同时所配备的逆变器的功率和成本也得到优化，在控制电机长期运行过程中降低了电驱系统热损耗和能耗，起到节能和降低飞轮系统成本双重作用。
[0028]4、本技术采用多个小飞轮并联而成的小飞轮组件，可降低飞轮本体制造成本，提高安全性，由于采用高速小飞轮设计，利用多个小飞轮并联方案，对飞轮的储能容量
提升和安全性得到大幅提升，减小了飞轮体积和重量，也降低了飞轮制造成本。
[0029]5、本技术采用行星齿轮机构的设计避免了大功率离合器的使用和维护，提高了系统可靠性，降低了零部件成本。而行星齿轮机构作为功率分流元件，其技术成熟，动力耦合无中断，简单可靠免维护，传动功率大、低成本等优势。
[0030]6、本技术动态UPS装置中的油机发电机组输出为直流电，相比传统交流发电其效率高，避免高压逆变过程，减少高压功率元器件使用，降低系统成本。
附图说明
[0031]下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。
[0032]图1为本技术实施例1中的动态UPS装置及系统架构示意图；
[0033]图2为本技术实施例2中的动态UPS装置及系统架构示意图；
[0034]图3为本技术实施例3中的新型模块化的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种动态UPS装置，其特征在于：它包括油机发电机组和飞轮系统；所述油机发电机组包括发动机（3）、发电机（4）和励磁控制器（2），所述发动机（3）的输出轴与发电机（4）轴机械连接，所述励磁控制器（2）分别与发电机（4）、储能变流器（1）连接；所述飞轮系统的输出轴与油机发电组中的发电机（4）轴另一端机械连接，所述飞轮系统的逆变器（5）与储能变流器（1）连接。2.根据权利要求1所述的动态UPS装置，其特征在于：所述飞轮系统包括逆变器（5）、控制电机（6）、行星齿轮机构（7）和小飞轮组件（8）；所述行星齿轮机构（7）的三个自由度分别与发电机（4）轴另一端、小飞轮组件（8）、控制电机（6）机械连接；所述逆变器（5）分别与控制电机（6）、储能变流器（1）连接。3.根据权利要求2所述的动态UPS装置，其特征在于：所述飞轮系统输出轴与行星齿轮机构（7）中的行星架传动连接，所述小飞轮组件（8）与行星齿轮机构（7）中的齿圈传动连接，所述控制电机（6）与行星齿轮机构（7）中的太阳轮传动连接。4.根据权利要求2所述的动态UPS装置，其特征在于：所述小飞轮组件（8）由多个小飞轮并联传动连接构成。5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖越峰，杨敏，
申请(专利权)人：常州海科新能源技术有限公司，
类型：新型
国别省市：
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