具有双馈双转子变速器的飞轮调相系统技术方案

本申请提出一种具有双馈双转子变速器的飞轮调相系统，包括飞轮、双馈双转子变速器和调相机，双馈双转子变速器的输出转速恒定并与调相机转子传动连接，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。功功率以抑制电网频率的波动。功功率以抑制电网频率的波动。

【技术实现步骤摘要】
具有双馈双转子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双馈双转子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双馈双转子变速器的飞轮调相系统。
[0007]本专利技术实施例的具有双馈双转子变速器的飞轮调相系统包括飞轮、双馈双转子变速器和调相机，所述双馈双转子变速器包括外转子、内转子和变流器，所述外转子套设所述内转子，所述飞轮与所述外转子和所述内转子中的一者传动连接以驱动其旋转，所述外转子和所述内转子中的所述一者通过所述变流器从电网取电或向电网放电以产生恒定转速的旋转磁场，所述外转子和所述内转子中的另一者在旋转磁场的作用下恒速旋转，并驱动所述调相机的转子旋转，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。
[0008]本申请实施例的具有双馈双转子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双馈双转子变速器，双馈双转子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。
[0009]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。
[0010]在一些实施例中，所述双馈双转子变速器的输入转速等于所述飞轮转速，所述双馈双转子变速器的输出转速等于所述调相机的转子转速。
[0011]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双馈双转子变速器之间，所述第二传动轴连接在所述双馈双转子变速器与所述调相机之间。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]在一些实施例中，所述电动机位于所述飞轮的远离所述双馈双转子变速器的一侧。
[0015]在一些实施例中，飞轮调相系统还包括变速装置，所述变速装置传动连接在所述飞轮与所述双馈双转子变速器之间。
[0016]在一些实施例中，所述变速装置为无级变速装置或具有固定变速比的变速装置。
[0017]在一些实施例中，所述惯量传导装置为齿轮变速器、液力变矩器、永磁变速器、电磁耦合器或磁力变液器。
[0018]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
[0019]图1是本专利技术实施例一的飞轮调相系统的示意图。
[0020]图2是本专利技术实施例二的飞轮调相系统的示意图。
[0021]图3是本专利技术实施例三的飞轮调相系统的示意图。
[0022]图4是本专利技术实施例四的飞轮调相系统的示意图。
[0023]图5是本专利技术实施例的调相机的励磁调节曲线。
[0024]附图标记：
[0025]飞轮1、调相机2、双馈双转子变速器3、外转子31、内转子32、变流器33、第一传动轴41、第二传动轴42、电动机5。
具体实施方式
[0026]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0027]下面根据图1
‑
图4描述本专利技术实施例提供的飞轮调相系统的基本结构。飞轮调相系统包括飞轮1、调相机2和双馈双转子变速器3。
[0028]双馈双转子变速器3包括外转子31、内转子32和变流器33，外转子31套设内转子32。飞轮1与外转子31和内转子32中的一者传动连接以驱动其旋转，外转子和内转子32中的所述一者通过变流器33从电网取电或向电网放电以产生恒定转速的旋转磁场，外转子和内转子32中的另一者在旋转磁场的作用下恒速旋转，并驱动调相机2的转子旋转，调相机2的定子接入电网。变流器33可以为双向背靠背IGBT电压源变流器。
[0029]在调相工况，调相机2用于向电网中提供或吸收无功功率以维持所述电网电压。具体地，当电网电压下降时，调相机2向电网输出无功功率，当电网电压上升时，调相机2从电网吸收无功功率。
[0030]在惯量响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双馈双转子变速器的飞轮调相系统，其特征在于，包括：飞轮、双馈双转子变速器和调相机，所述双馈双转子变速器包括外转子、内转子和变流器，所述外转子套设所述内转子，所述飞轮与所述外转子和所述内转子中的一者传动连接以驱动其旋转，所述外转子和所述内转子中的所述一者通过所述变流器从电网取电或向电网放电以产生恒定转速的旋转磁场，所述外转子和所述内转子中的另一者在旋转磁场的作用下恒速旋转，并驱动所述调相机的转子旋转，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所述的具有双馈双转子变速器的飞轮调相系统，其特征在于，所述双馈双转子变速器的输入转速等于所述飞轮转速，所述双馈双转子变速器的输出转速等于所述调相机的转子转速。3.根据权利要求1或2所述的具有双馈双转子变速器的飞轮调相系统，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈峰，陈俊，白宁，张蔚琦，刘赟，孙册，孙璇，刘雨涵，高康伟，刘腾飞，李芳菲，
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：