具有永磁变速器的飞轮调相系统技术方案

本申请提出一种具有永磁变速器的飞轮调相系统，飞轮、永磁变速器和调相机，永磁变速器包括第一输入输出端和第二输入输出端，飞轮与第一输入输出端传动连接以驱动其旋转，第二输入输出端的转速能够保持恒定，第二输入输出端与调相机的转子传动连接，调相机的定子接入电网，飞轮调相系统具有调相工况和惯量响应工况，在调相工况，调相机用于向电网提供或从电网吸收无功功率以维持电网电压，当电网电压下降，调相机向电网输出无功功率，当电网电压上升，调相机从电网吸收无功功率；在惯量响应工况，飞轮的转速上升以储存动能或者转速下降以释放动能，并通过调相机向电网提供或从电网吸收有功功率以抑制电网频率的波动。收有功功率以抑制电网频率的波动。收有功功率以抑制电网频率的波动。

【技术实现步骤摘要】
具有永磁变速器的飞轮调相系统


[0001]本专利技术涉及电机
，尤其是涉及一种具有永磁变速器的飞轮调相系统。

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，而电力电子装置不具备类似同步机的旋转结构，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还会导致电力系统的电压支撑能力持续减弱，这给电力系统安全稳定的运行带来了越来越大的压力。为了保障电网和用电设备的正常运行，使电网能够抵抗大规模有功、无功冲击，亟需具备一定的支撑电网动态调整能力的调节设备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]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。但是电力电子装置没有转动惯量，难以参与电网惯量响应，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大规模使用导致的总的转动惯量比例不断减小的问题。
[0005]根据以往研究成果和国标要求，利用小型分布式调相机对新能源地区进行就地无功补偿是当前解决新能源电网电压稳定水平问题主要技术方案之一。但是，调相机转动惯量较小，对电网惯性支撑能力相对匮乏。因此，如何同时解决新能源电网电压和频率稳定问题，提高电网抵御大规模有功、无功冲击的能力，是本专利技术旨在解决的技术问题之一。
[0006]为此，本专利技术的实施例提出一种具有永磁变速器的飞轮调相系统。
[0007]本专利技术实施例的具有永磁变速器的飞轮调相系统包括飞轮、永磁变速器和调相机，所述永磁变速器包括第一输入输出端和第二输入输出端，所述飞轮与所述第一输入输出端传动连接以驱动其旋转，所述第二输入输出端的转速能够保持恒定，所述第二输入输出端与所述调相机的转子传动连接，所述调相机的定子接入电网，所述飞轮调相系统具有调相工况和惯量响应工况，
[0008]在所述调相工况，所述调相机用于向电网提供或从电网吸收无功功率以维持电网电压，当电网电压下降，所述调相机向电网输出无功功率，当电网电压上升，所述调相机从电网吸收无功功率；
[0009]在所述惯量响应工况，所述飞轮的转速上升以储存动能或者转速下降以释放动
能，并通过所述调相机向电网提供或从电网吸收有功功率以抑制电网频率的波动。
[0010]本申请实施例的具有永磁变速器的飞轮调相系统兼具无功功率补偿能力(调相功能) 以及惯量响应能力，能够稳定电网的电压和频率。在调相工况，飞轮调相系统通过调相机维持电网电压，提高电力系统的稳定性，改善功率因数；在惯量响应工况，飞轮调相机利用转动的飞轮的转动惯量对电网进行惯量支撑作用，维持电网频率，补充了调相机惯量支撑能力的不足。此外，本申请实施例的飞轮调相系统具有永磁变速器，永磁变速器的输出转速能够保持恒定，调相机能够实现同步运行。
[0011]将本专利技术实施例提供的飞轮调相系统与电网连接，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大规模使用导致的电力系统的电压支撑和惯量支撑能力减弱的问题，提高了电网抵御大规模有功、无功冲击的能力，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。
[0012]在一些实施例中，所述永磁变速器能够在预设范围内连续调节其变速比。
[0013]在一些实施例中，所述永磁变速器包括内磁环、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，所述内磁环为所述第一输入输出端，所述调磁环为所述第二输入输出端所述述外磁环可旋转地设置。
[0014]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，所述永磁变速器还包括定子，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。
[0015]在一些实施例中，当所述外磁环静止且所述内磁环正转时，所述永磁变速器的变速比为第一预设变速比；
[0016]当所述内磁环正转，所述外磁环反转且其转速小于第一预设转速时，所述永磁变速器的变速比大于所述第一预设变速比；
[0017]当所述内磁环正转，所述外磁环反转且其转速为所述第一预设转速时，所述永磁变速器的输出转速等于零；
[0018]当所述内磁环正转，所述外磁环反转且其转速大于第一预设转速时，所述调磁环反转；
[0019]当所述内磁环正转，所述外磁环正转时，所述永磁变速器的变速比小于所述第一预设变速比。
[0020]在一些实施例中，飞轮调相系统还包括第一传动轴和第二传动轴，所述第一传动轴连接在所述飞轮与所述第一输入输出端之间，所述第二传动轴连接在所述第二输入输出端与所述调相机之间。
[0021]在一些实施例中，所述调相机还用于驱动所述飞轮转速上升直至额定转速。
[0022]在一些实施例中，飞轮调相系统还包括电动机，所述电动机与所述飞轮传动连接，所述电动机用于驱动所述飞轮转速上升直至额定转速。
[0023]在一些实施例中，所述电动机位于所述飞轮的远离所述永磁变速器的一侧。
[0024]在一些实施例中，所述调相机的输入转速恒定在3000rpm。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例一的飞轮调相系统的示意图。
[0026]图2是本专利技术实施例一的永磁变速器的结构示意图。
[0027]图3是本专利技术实施例一的永磁变速器的截面图。
[0028]图4是本专利技术实施例一的调相机的励磁调节曲线。
[0029]图5是本专利技术实施例二的飞轮调相系统的示意图。
[0030]附图标记：
[0031]飞轮1、调相机2、永磁变速器3、第一传动轴41、第二传动轴42、电动机5、
[0032]调磁环001、内磁环002、内磁环永磁体0021、内磁环铁芯0022、内磁环筒体0023、外磁环003、外磁环内永磁体0031、外磁环铁芯0032、外磁环外永磁体0033、
[0033]调磁环支撑轴承0041、内支撑轴承0042、第一外磁环支撑轴承0043、第二外磁环支撑轴承0044、内磁环法兰005、第一调磁环法兰0061、第二调磁环法兰0062、第一外磁环法兰0063、第二外磁环法兰0064、定子100、定子铁芯110、绕组120、外壳130。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有永磁变速器的飞轮调相系统，其特征在于，包括：飞轮、永磁变速器和调相机，所述永磁变速器包括第一输入输出端和第二输入输出端，所述飞轮与所述第一输入输出端传动连接以驱动其旋转，所述第二输入输出端的转速能够保持恒定，所述第二输入输出端与所述调相机的转子传动连接，所述调相机的定子接入电网，所述飞轮调相系统具有调相工况和惯量响应工况，在所述调相工况，所述调相机用于向电网提供或从电网吸收无功功率以维持电网电压，当电网电压下降，所述调相机向电网输出无功功率，当电网电压上升，所述调相机从电网吸收无功功率；在所述惯量响应工况，所述飞轮的转速上升以储存动能或者转速下降以释放动能，并通过所述调相机向电网提供或从电网吸收有功功率以抑制电网频率的波动。2.根据权利要求1所述的具有永磁变速器的飞轮调相系统，其特征在于，所述永磁变速器能够在预设范围内连续调节其变速比。3.根据权利要求2所述的具有永磁变速器的飞轮调相系统，其特征在于，所述永磁变速器包括内磁环、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，所述内磁环为所述第一输入输出端，所述调磁环为所述第二输入输出端，所述外磁环可旋转地设置。4.根据权利要求3所述的具有永磁变速器的飞轮调相系统，其特征在于，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，所述永磁变速器还包括定子，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊，范霁红，刘江，陈义学，吴智泉，白宁，沈峰，董博，冯晨，李莹，
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：