專利名稱：永磁電機(jī)式彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能將電網(wǎng)多余電能轉(zhuǎn)換為彈性勢(shì)能存儲(chǔ)、并在用電高峰期將儲(chǔ)存 的能量回饋電網(wǎng)的彈性儲(chǔ)能發(fā)電裝置，屬輸配電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、消費(fèi)是同時(shí)進(jìn)行的，要時(shí)刻維持電能的供需平衡才能保證 電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。鑒于電能目前尚不能大量儲(chǔ)存，而電力負(fù)荷卻是隨時(shí)變化的，電力系 統(tǒng)必須預(yù)留足夠多的備用容量才能應(yīng)付各種突發(fā)情況，維持電力的供需平衡。目前，風(fēng)力發(fā) 電、光伏發(fā)電已進(jìn)入迅猛發(fā)展時(shí)期，由于這些綠色電源固有的“間歇性”和“波動(dòng)性”，它們的 大規(guī)模接入必將大大加重電網(wǎng)的調(diào)峰負(fù)擔(dān)，采用傳統(tǒng)的預(yù)留調(diào)峰備用容量的方法意味著需 投入巨大的資金來建設(shè)配套調(diào)峰機(jī)組。因此，設(shè)計(jì)一種大容量電能儲(chǔ)存裝置，對(duì)解決智能電 網(wǎng)和大規(guī)模“間歇性”電源入網(wǎng)問題具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可大量存儲(chǔ)與釋放電能的永磁電機(jī)式彈性儲(chǔ)能發(fā)電 系統(tǒng)。本發(fā)明所述問題是由以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種永磁電機(jī)式彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，由中央監(jiān)控器和多個(gè)系統(tǒng)單元構(gòu)成，每個(gè)系統(tǒng)單 元均由儲(chǔ)能箱、電磁制動(dòng)器、齒輪變速箱、永磁電機(jī)、變流器、斷路器和單元控制器等組成， 所述永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子經(jīng)齒輪變速箱、電磁制動(dòng)器與儲(chǔ)能箱連接，定子線圈經(jīng)變流器、斷路器 與電網(wǎng)連接；儲(chǔ)能箱、電磁制動(dòng)器、齒輪變速箱、永磁電機(jī)、變流器和斷路器的監(jiān)控端均接單 元控制器，所述單元控制器通過通訊接口與中央監(jiān)控器連接。上述永磁電機(jī)式彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，所述儲(chǔ)能箱由主軸、渦簧箱、箱體組成，所述 主軸一端經(jīng)箱體軸承與渦簧箱的渦簧片連接，另一端經(jīng)電磁制動(dòng)器連接齒輪變速箱；所述 渦簧箱可為多個(gè)，每個(gè)渦簧箱由渦簧壁和渦簧組成；所述渦簧壁分為內(nèi)壁和外壁，外壁上固 定有齒輪圈；所述渦簧可由一根或多根渦簧片組成，每根渦簧片的兩端分別與主軸和渦簧 內(nèi)壁連接。上述永磁電機(jī)式彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，所述電磁制動(dòng)器由制動(dòng)輪和抱間組成，所述 制動(dòng)輪套裝在主軸上，其兩個(gè)側(cè)面上均設(shè)置有摩擦環(huán)，所述抱間設(shè)置多個(gè)，它們沿制動(dòng)輪周 邊均布，每個(gè)抱間均由制動(dòng)拉簧、兩個(gè)制動(dòng)片和兩塊電磁銜鐵組成，所述兩個(gè)制動(dòng)片彼此相 對(duì)且分別位于制動(dòng)輪的兩側(cè)，每個(gè)制動(dòng)片的一端通過連接件與儲(chǔ)能箱箱體連接，另一端與 摩擦環(huán)相對(duì)應(yīng)，所述兩個(gè)電磁銜鐵同極相對(duì)，它們的銜鐵分別固定于兩個(gè)制動(dòng)片的相對(duì)面 上，它們的制動(dòng)線圈經(jīng)制動(dòng)開關(guān)接直流電源，制動(dòng)開關(guān)由單元控制器控制，所述制動(dòng)拉簧的 兩端分別與兩個(gè)制動(dòng)片連接。上述永磁電機(jī)式彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，所述變流器由兩個(gè)直流側(cè)相接的三相電壓型 脈沖寬度調(diào)制(簡稱PWM)全控橋組成，第一全控橋的交流側(cè)接永磁電機(jī)的定子線圈，第二全控橋的交流側(cè)經(jīng)斷路器接電網(wǎng)，兩全控橋直流側(cè)設(shè)置有濾波電容，控制端接單元控制器。本發(fā)明的永磁電機(jī)可工作于電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩種狀態(tài)。在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，可在電 網(wǎng)電能的驅(qū)動(dòng)下使儲(chǔ)能箱儲(chǔ)能，將電能轉(zhuǎn)化為渦簧的彈性勢(shì)能；在發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，儲(chǔ)能箱中 的渦簧釋放彈性勢(shì)能，驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)發(fā)電，將彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能回饋電網(wǎng)。由于本系統(tǒng)在中央監(jiān)控器的控制下可設(shè)置多個(gè)彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)單元，且每個(gè)系 統(tǒng)單元的儲(chǔ)能箱可儲(chǔ)存大量能量，因此本系統(tǒng)特別適合用作電網(wǎng)的調(diào)峰裝置。本發(fā)明為智 能電網(wǎng)和“間歇性”電源并入電網(wǎng)提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。


圖1是本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是儲(chǔ)能箱的組成結(jié)構(gòu)示意圖3是單個(gè)渦簧箱結(jié)構(gòu)示意圖(以四根渦簧片為例)； 圖4是電磁制動(dòng)器的組成結(jié)構(gòu)圖； 圖5是電磁制動(dòng)器控制原理圖； 圖6是電磁制動(dòng)器布置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是多個(gè)渦簧箱串聯(lián)連接示意圖(以六個(gè)渦簧箱為例)； 圖8是齒輪變速箱結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是變流器電原理圖。圖中1、儲(chǔ)能箱；2、電磁制動(dòng)器；3、齒輪變速箱；4、永磁電機(jī)；5、渦簧箱；6、儲(chǔ)能 箱箱體；7、主軸；8、軸承；9、固定座；10、箱體軸承；11、齒輪圈；12、渦簧壁；13、渦簧；14、 制動(dòng)輪；15、制動(dòng)片；16、摩擦環(huán)；17、制動(dòng)拉簧；18、連接件；19、電磁銜鐵；20、制動(dòng)線圈；C、 Cl、C2、濾波電容；Q1、第一全控橋；Q2、第二全控橋；Li、L2、電抗器；DL、斷路器；K、制動(dòng)開 關(guān)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明基于渦簧的彈性儲(chǔ)能原理，提出一種能夠與電網(wǎng)相聯(lián)、快速儲(chǔ)能與發(fā)電的 彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)。每一個(gè)系統(tǒng)單元由儲(chǔ)能箱、電磁制動(dòng)器、齒輪變速箱、永磁電機(jī)、變流 器、單元控制器、濾波裝置等部分組成。多個(gè)這樣的系統(tǒng)單元組合在一起，并通過一個(gè)中央 監(jiān)控器實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)系統(tǒng)單元的有序控制，可組成彈性儲(chǔ)能發(fā)電站。本發(fā)明可在電力系統(tǒng)中 發(fā)揮以下作用
(1)可作為一種重要的調(diào)峰手段，解決電網(wǎng)的峰谷差調(diào)節(jié)問題。本系統(tǒng)可根據(jù)電網(wǎng)需求 分布建在電網(wǎng)各處，通過電網(wǎng)的實(shí)時(shí)控制進(jìn)行儲(chǔ)能與發(fā)電，如同現(xiàn)有的抽水蓄能電站用于 調(diào)峰一樣參與電力調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)電網(wǎng)的峰谷差。(2)可作為一種重要的穩(wěn)定控制手段，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。在電網(wǎng)緊急狀態(tài)下， 電網(wǎng)可通過實(shí)時(shí)控制其進(jìn)入儲(chǔ)能或發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，提供電網(wǎng)所急需的緊急功率吸納或功率 支持。(3)解決可再生能源的“間歇性”問題，改善電能質(zhì)量。間歇式電源固有的“間歇 性”和“波動(dòng)性”問題已成為其接入電網(wǎng)的瓶頸。若在有“間歇性”電源的地方配套建設(shè)本 彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，通過對(duì)其實(shí)時(shí)控制進(jìn)行儲(chǔ)能與發(fā)電，就地平衡減少間歇式電源對(duì)電力系統(tǒng)的不利影響，提高電網(wǎng)接納間歇性電源的能力。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的基本工作原理是
當(dāng)儲(chǔ)能時(shí)，中央監(jiān)控器給單元控制器發(fā)出控制指令，單元控制器就控制斷路器DL合 閘，同時(shí)使制動(dòng)開關(guān)K閉合，制動(dòng)線圈20上電工作，制動(dòng)片15松開制動(dòng)輪14，永磁電機(jī)4 按變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行。永磁電機(jī)4啟動(dòng)時(shí)，單元控制器控制變流器Q2按整流器方式 運(yùn)行，控制變流器Ql按逆變器方式運(yùn)行，使永磁電機(jī)4定子繞組通入頻率很低的三相交流 電流，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨后定子側(cè)電源頻率逐漸增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速逐漸升高。當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到額定 轉(zhuǎn)速后，永磁電機(jī)4就運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速下的電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，來自電網(wǎng)的電能驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)4運(yùn) 行，永磁電機(jī)4帶動(dòng)主軸7旋轉(zhuǎn)并使渦簧箱5的渦簧13旋緊，渦簧13旋緊的同時(shí)將帶動(dòng)其 渦簧壁12和齒輪圈11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5的齒輪圈11與串聯(lián)的渦簧箱5-2的齒輪 圈5-2-11嚙合，齒輪圈11轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)渦簧箱5-2的齒輪圈5-2-11和渦簧壁5_2_12反方 向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5-2-13擰緊。渦簧5-2-13擰緊的同時(shí)將帶動(dòng)其主軸5-2-7同方向轉(zhuǎn)動(dòng)， 由于渦簧箱5-2主軸5-2-7與渦簧箱5-3的主軸5_3_7是連接在一起的，主軸5_2_7轉(zhuǎn)動(dòng) 將使渦簧箱5-3中渦簧5-3-13擰緊，渦簧5-3-13擰緊的同時(shí)又帶動(dòng)其渦簧壁5_3_12和齒 輪圈5-3-11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5-3的齒輪圈5-3-11與串聯(lián)的渦簧箱5_4的齒輪圈 5-4-11嚙合，齒輪圈5-3-11轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)渦簧箱5-4的齒輪圈5_4_11和渦簧壁5_4_12反方 向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5-4-13擰緊。渦簧5-4-13擰緊的同時(shí)將帶動(dòng)其主軸5_4_7同方向轉(zhuǎn)動(dòng)， 由于渦簧箱5-4主軸5-4-7與渦簧箱5-5的主軸5_5_7是連接在一起的，主軸5_4_7轉(zhuǎn)動(dòng) 將使渦簧箱5-5中渦簧5-5-13擰緊，渦簧5-5-13擰緊的同時(shí)又帶動(dòng)其渦簧壁5_5_12和齒 輪圈5-5-11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5-5的齒輪圈5-5-11與串聯(lián)的渦簧箱5_6的齒輪圈 5-6-11嚙合，齒輪圈5-5-11轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)渦簧箱5-6的齒輪圈5_6_11和渦簧壁5_6_12反 方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5-6-13擰緊。渦簧箱5-6 (圖7所示最后一個(gè)渦簧)的主軸是固定的， 能量將不再被傳遞出去。從以上分析可以看出，如果儲(chǔ)能箱是由多個(gè)渦簧箱串聯(lián)連接，一旦 第一個(gè)渦簧箱中渦簧被旋緊時(shí)，其它所有渦簧箱中的渦簧都將被順序擰緊，直到能量傳遞 到最后一個(gè)渦簧箱為止，最終渦簧就以彈性勢(shì)能的形式將能量儲(chǔ)存起來；當(dāng)單元控制器接 收到停止儲(chǔ)能指令或因儲(chǔ)能箱能量儲(chǔ)滿而接收到停止儲(chǔ)能指令時(shí)，單元控制器就控制斷路 器DL斷開，并使制動(dòng)開關(guān)K斷開，制動(dòng)線圈20斷電，通過制動(dòng)拉簧17使制動(dòng)片15抱緊制 動(dòng)輪14，使渦簧箱5中渦簧13維持鎖緊狀態(tài)。這時(shí)本系統(tǒng)單元處于能量存儲(chǔ)狀態(tài)，直到接 收到一個(gè)能量釋放的控制信號(hào)。其它系統(tǒng)單元在中央監(jiān)控器的預(yù)定控制規(guī)則控制下儲(chǔ)能過 程同上。在永磁電機(jī)4按變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行時(shí)，電抗器Ll能減小啟動(dòng)沖擊電流，而 濾波器Cl能起到平穩(wěn)濾波的作用。當(dāng)釋能時(shí)，中央監(jiān)控器給單元控制器發(fā)出控制指令，單元控制器控制斷路器DL合 閘，同時(shí)使制動(dòng)開關(guān)K閉合，制動(dòng)線圈20上電工作，制動(dòng)片15松開制動(dòng)輪14，永磁電機(jī)4工 作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，儲(chǔ)能箱1中渦簧箱5鎖緊的渦簧13將釋放彈性能，帶動(dòng)主軸7旋轉(zhuǎn)使永磁 電機(jī)4按發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行。渦簧13松開的同時(shí)將帶動(dòng)其渦簧壁12和齒輪圈11同方向轉(zhuǎn) 動(dòng)，渦簧箱5的齒輪圈11與串聯(lián)的渦簧箱5-2的齒輪圈5-2-11嚙合，齒輪圈11轉(zhuǎn)動(dòng)將帶 動(dòng)串聯(lián)渦簧箱5-2的齒輪圈5-2-11和渦簧壁5-2-12反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5_2_13松開。 渦簧5-2-13松開的同時(shí)將帶動(dòng)其主軸5-2-7同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5-2主軸5_2_7與渦 簧箱5-3的主軸5-3-7是連接在一起的，主軸5-2-7轉(zhuǎn)動(dòng)將使渦簧箱5_3中渦簧5_3_13松開，渦簧5-3-13松開的同時(shí)又帶動(dòng)其渦簧壁5-3-12和齒輪圈5_3_11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦 簧箱5-3的齒輪圈5-3-11與串聯(lián)的渦簧箱5-4的齒輪圈5_4_11嚙合，齒輪圈5_3_11轉(zhuǎn)動(dòng) 將帶動(dòng)串聯(lián)渦簧箱5-4的齒輪圈5-4-11和渦簧壁5-4-12反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5_4_13松 開。渦簧5-4-13松開的同時(shí)將帶動(dòng)其主軸5-4-7同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5-4主軸5_4_7 與渦簧箱5-5的主軸5-5-7是連接在一起的，主軸5-4-7轉(zhuǎn)動(dòng)將使渦簧箱5_5中渦簧5_5_13 松開，渦簧5-5-13松開的同時(shí)又帶動(dòng)其渦簧壁5-5-12和齒輪圈5_5_11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于 渦簧箱5-5的齒輪圈5-5-11與串聯(lián)的渦簧箱5-6的齒輪圈5_6_11嚙合，齒輪圈5_5_11轉(zhuǎn) 動(dòng)將帶動(dòng)串聯(lián)渦簧箱5-6的齒輪圈5-6-11和渦簧壁5-6-12反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5_6_13 松開。渦簧箱5-6的主軸是固定的。永磁電機(jī)4按發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行時(shí)，單元控制器控制變 流器Ql按整流器方式運(yùn)行，控制變流器Q2按逆變器方式運(yùn)行。同時(shí)單元控制器檢測斷路 器DL兩側(cè)(變流器側(cè)和電網(wǎng)側(cè))電壓的幅值、頻率和相角，控制變流器Q2使其發(fā)出的電壓幅 值、頻率和相角分別與電網(wǎng)側(cè)電壓的幅值、頻率和相角滿足允許的同期并網(wǎng)條件時(shí)給斷路 器DL發(fā)出合閘命令，使永磁電機(jī)4通過斷路器DL并入電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)彈性勢(shì)能到電能的轉(zhuǎn) 換。當(dāng)單元控制器接收到停止釋能指令或因當(dāng)儲(chǔ)能箱1彈性勢(shì)能釋放完畢而接收到停止釋 能指令時(shí)，單元控制器控制制動(dòng)開關(guān)K斷開，制動(dòng)線圈20斷電，制動(dòng)片15抱緊制動(dòng)輪14， 使渦簧箱5中渦簧13維持鎖緊狀態(tài)，同時(shí)，單元控制器控制斷路器DL斷開。其它系統(tǒng)單元 在中央監(jiān)控器的預(yù)定控制規(guī)則控制下釋能過程同上。永磁電機(jī)4做發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電抗器 L2、電容器C2能起到平穩(wěn)濾波的作用。由此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電能的輸入、存儲(chǔ)和輸出。永磁電機(jī)4轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)齒輪變速箱3、電磁制動(dòng)器2與儲(chǔ)能箱的主軸7連接，定子 繞組經(jīng)由L1、C1組成的濾波器、變流器、由L2、C2組成的濾波器、斷路器DL饋入電網(wǎng)。永磁 電機(jī)4運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，第一全控橋Ql運(yùn)行于整流狀態(tài)，第二全控橋Q2運(yùn)行于逆變狀 態(tài)，儲(chǔ)能箱的彈性能驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)4運(yùn)行發(fā)電，將能量輸送給電網(wǎng)。單元控制器通過第一全 控橋Ql調(diào)節(jié)定子側(cè)d軸和q軸電流，控制永磁電機(jī)4電磁轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的目的； 通過第二全控橋Q2調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)d軸和q軸電流，保持直流側(cè)電壓穩(wěn)定，并實(shí)現(xiàn)永磁電機(jī)4輸 出電能的恒頻恒壓控制和輸出有功功率、無功功率解耦控制。永磁電機(jī)4輸出電壓的頻率、 幅值和相位不受轉(zhuǎn)子速度和瞬時(shí)位置的影響。發(fā)電過程中，由L2、C2組成的濾波器能起到 平穩(wěn)濾波的作用，使系統(tǒng)發(fā)出的電能質(zhì)量更高。運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，第一全控橋Ql運(yùn)行 于逆變狀態(tài)，第二全控橋Q2運(yùn)行于整流狀態(tài)，電網(wǎng)通過變流器向永饋電機(jī)4輸入電磁功率， 使電機(jī)旋轉(zhuǎn)并將能量輸送給儲(chǔ)能箱。單元控制器的功能包含系統(tǒng)單元的狀態(tài)監(jiān)測、永磁電機(jī)4控制、變流器控制、電磁 制動(dòng)器2的控制、斷路器DL控制等。系統(tǒng)單元狀態(tài)監(jiān)測包括儲(chǔ)能箱1的狀態(tài)監(jiān)測、轉(zhuǎn)子速 度/位置監(jiān)測、電壓/電流測量；變流器控制用于控制兩個(gè)全控橋分別處于整流或逆變狀 態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁電機(jī)4不同運(yùn)行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速和輸出電流的相應(yīng)控制；斷路器DL控制用于 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)單元與電網(wǎng)的斷開和連接；電磁制動(dòng)器2的控制用于實(shí)現(xiàn)制動(dòng)開關(guān)K的開與合。 具體而言，單元控制器能監(jiān)測本系統(tǒng)單元的工作狀態(tài)，同時(shí)對(duì)永磁電機(jī)4實(shí)施控制和對(duì)斷 路器DL、電磁制動(dòng)器2等發(fā)出相應(yīng)的控制指令；當(dāng)永磁電機(jī)4工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，單元控 制器根據(jù)采集到的定子和轉(zhuǎn)子的電壓電流信號(hào)以及轉(zhuǎn)子的位置和速度信息，按照給定的控 制策略，實(shí)施永磁電機(jī)4定子側(cè)第一全控橋Ql和電網(wǎng)側(cè)第二全控橋Q2的矢量控制，使彈性 儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)按給定條件輸出有功功率和無功功率；當(dāng)永磁電機(jī)4工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)需并網(wǎng)時(shí)，單元控制器可控制變流器使永磁電機(jī)4滿足并網(wǎng)同期條件，并適時(shí)對(duì)斷路器DL發(fā)出 指令，完成并網(wǎng)。參看圖2、圖3，儲(chǔ)能箱由主軸7、渦簧箱5、箱體6等組成，主軸7通過箱體軸承10 與電磁制動(dòng)器2相連，；渦簧箱5可為多個(gè)，每個(gè)渦簧箱由渦簧壁12和渦簧13組成；所述渦 簧壁12有內(nèi)壁和外壁，外壁上固定有齒輪圈11 ；渦簧13可由一根或多根渦簧片組成，每根 渦簧片一端通過壓板固定在主軸7上并隨其一同轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端通過壓板或鉸接的方式固定 在渦簧壁12的內(nèi)壁處。參看圖4、圖5和圖6，電磁制動(dòng)器2由兩側(cè)面帶有摩擦環(huán)16的制動(dòng)輪14和多個(gè) 抱閘組成，抱閘由制動(dòng)片15、制動(dòng)拉簧17、連接件18、電磁銜鐵19組成，制動(dòng)片15的一端經(jīng) 連接件18連接于固定端上，另一端直接接觸摩擦環(huán)16表面；所述制動(dòng)片15根據(jù)制動(dòng)力的 大小均勻分布在摩擦環(huán)16表面360°范圍內(nèi)，數(shù)量可多可少；所述制動(dòng)片15由制動(dòng)線圈20 控制，制動(dòng)開關(guān)K斷開制動(dòng)線圈20未通電時(shí)制動(dòng)片17抱死制動(dòng)輪14上的摩擦環(huán)16，制動(dòng) 開關(guān)K閉合制動(dòng)線圈20上電時(shí)拉開制動(dòng)拉簧17使制動(dòng)片15離開摩擦環(huán)16表面，松開制 動(dòng)輪14，制動(dòng)線圈20經(jīng)制動(dòng)開關(guān)K接直流電源，制動(dòng)開關(guān)K由單元控制器控制；所述電磁 制動(dòng)器2僅需在第一個(gè)渦簧箱的主軸7上安裝。參看圖3和圖7，儲(chǔ)能箱1可設(shè)置多個(gè)渦簧箱，每個(gè)渦簧箱的外壁上都固定有齒輪 圈11，齒輪圈11與其串聯(lián)的渦簧箱齒輪圈11嚙合，一旦第一個(gè)渦簧箱5中渦簧5-1-13旋 緊(或松開)，就將帶動(dòng)其渦簧壁5-1-12和齒輪圈5-1-11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，與此嚙合的第二個(gè)渦 簧箱5-2渦簧壁5-2-12和齒輪圈5-2-11反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使渦簧箱5_2中渦簧5_2_13旋緊(或 松開)，并使其主軸5-2-7隨齒輪圈5-2-11同向轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，主軸連接在一起的渦簧箱 5-2又帶動(dòng)渦簧箱5-3渦簧壁5-3-12和齒輪圈5_3_11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使渦簧箱5_3中渦簧 5-3-13旋緊(或松開)，渦簧5-3-13旋緊(或松開)又帶動(dòng)其渦簧壁5_3_12和齒輪圈5_3_11 同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與此嚙合的第四個(gè)渦簧箱5-4渦簧壁5-4-12和齒輪圈5-4-11反方向轉(zhuǎn) 動(dòng)，使其渦簧5-4-13擰緊(或松開)，并使其主軸5-4-7隨齒輪圈5-4-11同向轉(zhuǎn)動(dòng)。此后， 主軸連接在一起的渦簧箱5-4又帶動(dòng)渦簧箱5-5渦簧壁5-5-12和齒輪圈5_5_11同方向轉(zhuǎn) 動(dòng)，使渦簧箱5-5中渦簧5-5-13旋緊(或松開)，渦簧5-5-13旋緊(或松開)又帶動(dòng)其渦簧壁 5-5-12和齒輪圈5-5-11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與此嚙合的第六個(gè)渦簧箱5-6渦簧壁5_6_12和 齒輪圈5-6-11反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5-6-13擰緊(或松開)，渦簧箱5-6的軸承是固定的， 使能量不在往外傳遞。因此，按照渦簧箱編號(hào)從小到大的順序，最終將使所有渦簧箱的渦簧 都擰緊(或松開)，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)(釋放)。本發(fā)明中渦簧箱采用串聯(lián)聯(lián)動(dòng)的方式，延長了儲(chǔ)能/釋能時(shí)間，從根本上解決了 單個(gè)渦簧箱儲(chǔ)能密度較小的問題。與單個(gè)渦簧箱相比，本發(fā)明在保持電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩基本不 變的情況下，使儲(chǔ)能容量擴(kuò)大了很多倍(理論而言，只要電機(jī)輸出力矩足夠大，能夠克服齒 輪之間的摩擦等阻力，就可以任意串聯(lián)連接多個(gè)儲(chǔ)能箱)。需要特別指出的是，各個(gè)渦簧箱 串聯(lián)聯(lián)動(dòng)的方式不僅限于圖7中所示的齒輪嚙合方式，還可采用皮帶傳動(dòng)或者鏈條連接等 其它可行的方式。當(dāng)儲(chǔ)能箱1進(jìn)行儲(chǔ)能時(shí)單元控制器控制斷路器DL合閘，第一全控橋Q1、第二全 控橋Q2分別運(yùn)行于逆變和整流狀態(tài)，制動(dòng)開關(guān)K閉合，制動(dòng)線圈20上電工作，制動(dòng)片15松 開制動(dòng)輪14，永磁電機(jī)4的轉(zhuǎn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給主軸7，儲(chǔ)能箱1中渦簧箱5的渦簧13逐漸被旋緊，渦簧箱5中渦簧13旋緊的同時(shí)將帶動(dòng)其渦簧壁12和齒輪圈11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于 渦簧箱5的齒輪圈11與串聯(lián)的渦簧箱5-2的齒輪圈5-2-11嚙合，齒輪圈11轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng) 渦簧箱5-2的齒輪圈5-2-11和渦簧壁5-2-12反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5_2_13擰緊。渦簧 5-2-13擰緊的同時(shí)將帶動(dòng)其主軸5-2-7同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5-2主軸5_2_7與渦簧箱 5-3的主軸5-3-7是連接在一起的，主軸5-2-7轉(zhuǎn)動(dòng)將使渦簧箱5_3中渦簧5_3_13擰緊， 渦簧5-3-13擰緊的同時(shí)又帶動(dòng)其渦簧壁5-3-12和齒輪圈5_3_11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱 5-3的齒輪圈5-3-11與串聯(lián)的渦簧箱5-4的齒輪圈5_4_11嚙合，齒輪圈5_3_11轉(zhuǎn)動(dòng)將帶 動(dòng)渦簧箱5-4的齒輪圈5-4-11和渦簧壁5-4-12反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5_4_13擰緊。渦簧 5-4-13擰緊的同時(shí)將帶動(dòng)其主軸5-4-7同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5-4主軸5_4_7與渦簧箱 5-5的主軸5-5-7是連接在一起的，主軸5-4-7轉(zhuǎn)動(dòng)將使渦簧箱5_5中渦簧5_5_13擰緊， 渦簧5-5-13擰緊的同時(shí)又帶動(dòng)其渦簧壁5-5-12和齒輪圈5_5_11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱 5-5的齒輪圈5-5-11與串聯(lián)的渦簧箱5-6的齒輪圈5_6_11嚙合，齒輪圈5_5_11轉(zhuǎn)動(dòng)將帶 動(dòng)渦簧箱5-6的齒輪圈5-6-11和渦簧壁5-6-12反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5_6_13擰緊。渦簧 箱5-6 (圖7所示最后一個(gè)渦簧)的主軸是固定的，能量將不再被傳遞出去。。當(dāng)單元控制器接收到停止儲(chǔ)能指令，或所有渦簧箱中渦簧達(dá)到自身儲(chǔ)能極限時(shí)， 單元控制器控制斷路器DL和制動(dòng)開關(guān)K斷開，制動(dòng)線圈20斷電，制動(dòng)片15經(jīng)過摩擦環(huán)16 抱緊制動(dòng)輪14，儲(chǔ)能停止。這時(shí)本系統(tǒng)處于能量存儲(chǔ)狀態(tài)，直到接收到一個(gè)能量釋放的控制 信號(hào)。當(dāng)需要釋放能量時(shí)，單元控制器控制制動(dòng)開關(guān)K閉合，使制動(dòng)線圈20上電工作，制 動(dòng)片15松開制動(dòng)輪14，主軸7在渦簧箱5中渦簧13彈力的作用下反向轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)動(dòng)和 動(dòng)力傳遞給永磁電機(jī)4;同時(shí)單元控制器檢測斷路器DL兩側(cè)(變流器側(cè)和電網(wǎng)側(cè))電壓的幅 值、頻率和相位，控制變流器(第一全控橋Q1、第二全控橋Q2分別運(yùn)行于整流和逆變狀態(tài)) 使其輸出電壓和頻率滿足并網(wǎng)要求時(shí)，發(fā)出合閘命令，斷路器DL合閘，完成同期并網(wǎng)。當(dāng)儲(chǔ) 能箱1彈性勢(shì)能釋放完畢，單元控制器控制使制動(dòng)開關(guān)K斷開，制動(dòng)線圈20斷電，制動(dòng)片15 經(jīng)過摩擦環(huán)16抱緊制動(dòng)輪14，完成彈性勢(shì)能到電能的釋放。當(dāng)單元控制器接收到停止釋能 指令時(shí)，或所有儲(chǔ)能箱能量釋放完畢時(shí)，單元控制器控制斷路器DL斷開。參看圖8，變流器由兩個(gè)共用直流環(huán)節(jié)的交一直一交電壓型PWM三相整流/逆變 器組成，即與定子相連的第一全控橋Ql以及和電網(wǎng)相連的第二全控橋Q2，Ql主要用于實(shí) 現(xiàn)永磁電機(jī)4功率、轉(zhuǎn)速的控制，Q2用于穩(wěn)定直流側(cè)母線電壓及控制網(wǎng)側(cè)功率因素，電容C 用于濾波和穩(wěn)壓。在永磁電機(jī)4運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，第一全控橋Ql運(yùn)行于整流狀態(tài)，第 二全控橋Q2運(yùn)行于逆變狀態(tài)，第一全控橋Ql采用經(jīng)典的直流電流分量id=0控制策略，在 id=0的前提下，只要保持定子電流與d軸垂直，就可以通過控制交軸電流分量iq來控制轉(zhuǎn) 矩，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。第二全控橋Q2采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制，控制電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù) 以及保持雙PWM變流器中間環(huán)節(jié)直流電壓的恒定，并實(shí)現(xiàn)永磁電機(jī)4輸出電能的恒頻恒壓 控制和輸出有功功率、無功功率解耦控制，穩(wěn)定的向電網(wǎng)輸送電能，滿足電網(wǎng)功率因素和頻 率要求。發(fā)電過程中，電抗器L2能起到平穩(wěn)濾波的作用，使系統(tǒng)發(fā)出的電能質(zhì)量更高。在 永磁電機(jī)4運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，第一全控橋Ql運(yùn)行于逆變狀態(tài)，第二全控橋Q2運(yùn)行于整 流狀態(tài)，變流器向永磁電機(jī)4輸入頻率可調(diào)的啟動(dòng)電流，使永磁電機(jī)4按變頻方式啟動(dòng)，隨 著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加，輸入頻率也增大，最終使永磁電機(jī)4運(yùn)行于同步電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。電抗器Ll在變頻啟動(dòng)過程中能減小啟動(dòng)沖擊電流；啟動(dòng)完成后，L2、C2組成的濾波器能平穩(wěn)濾波，保 證輸出的波形更接近于正弦波。參見圖1，中央監(jiān)控器是彈性儲(chǔ)能發(fā)電站的監(jiān)控系統(tǒng)，其通過各單元控制器對(duì)下 設(shè)的各系統(tǒng)單元實(shí)施控制。主要用于接受電網(wǎng)或本地的儲(chǔ)能和發(fā)電控制指令，對(duì)各單元控 制器發(fā)出相應(yīng)的儲(chǔ)能和發(fā)電指令，并對(duì)各系統(tǒng)單元的投入順序和同時(shí)投入運(yùn)行數(shù)量進(jìn)行控 制。同時(shí)，負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)單元進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，確保整個(gè)彈性儲(chǔ)能發(fā)電站運(yùn)行 在正常工作狀態(tài)。在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，本發(fā)明運(yùn)行過程為
當(dāng)電網(wǎng)電能富余時(shí)，彈性儲(chǔ)能發(fā)電站中央監(jiān)控器接受電網(wǎng)或本地的儲(chǔ)能指令，中央監(jiān) 控器就按照預(yù)定的控制規(guī)則給各單元控制器發(fā)出儲(chǔ)能指令。單元控制器控制斷路器DL合 閘，使制動(dòng)開關(guān)K閉合，制動(dòng)線圈20上電工作，制動(dòng)片15松開制動(dòng)輪14，永磁電機(jī)4按變頻 調(diào)速電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行，第一全控橋Ql運(yùn)行于逆變狀態(tài)，第二全控橋Q2運(yùn)行于整流狀態(tài)。啟 動(dòng)開始時(shí)，單元控制器通過控制變流器使定子繞組通入頻率很低的三相交流電流，帶動(dòng)轉(zhuǎn) 子旋轉(zhuǎn)。隨后定子邊電源頻率逐漸增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速逐漸升高。當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，永磁 電機(jī)4就運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速下的電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，電網(wǎng)電能使儲(chǔ)能箱1中渦簧箱5的渦簧13擰緊， 渦簧箱5中渦簧13旋緊的同時(shí)將帶動(dòng)其渦簧壁12和齒輪圈11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5 的齒輪圈11與串聯(lián)的渦簧箱5-2的齒輪圈5-2-11嚙合，齒輪圈11轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)渦簧箱5_2 的齒輪圈5-2-11和渦簧壁5-2-12反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5-2-13擰緊。渦簧5_2_13擰緊 的同時(shí)將帶動(dòng)其主軸5-2-7同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5-2主軸5-2-7與渦簧箱5_3的主軸 5-3-7是連接在一起的，主軸5-2-7轉(zhuǎn)動(dòng)將使渦簧箱5-3中渦簧5_3_13擰緊，渦簧5_3_13 擰緊的同時(shí)又帶動(dòng)其渦簧壁5-3-12和齒輪圈5-3-11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5-3的齒輪 圈5-3-11與串聯(lián)的渦簧箱5-4的齒輪圈5-4-11嚙合，齒輪圈5-3-11轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)渦簧箱5-4 的齒輪圈5-4-11和渦簧壁5-4-12反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5-4-13擰緊。渦簧5_4_13擰緊 的同時(shí)將帶動(dòng)其主軸5-4-7同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5-4主軸5-4-7與渦簧箱5_5的主軸 5-5-7是連接在一起的，主軸5-4-7轉(zhuǎn)動(dòng)將使渦簧箱5-5中渦簧5_5_13擰緊，渦簧5_5_13 擰緊的同時(shí)又帶動(dòng)其渦簧壁5-5-12和齒輪圈5-5-11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5-5的齒輪 圈5-5-11與串聯(lián)的渦簧箱5-6的齒輪圈5-6-11嚙合，齒輪圈5_5_11轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)渦簧箱 5-6的齒輪圈5-6-11和渦簧壁5-6-12反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5_6_13擰緊。渦簧箱5_6(圖 7所示最后一個(gè)渦簧)的主軸是固定的，能量將不再被傳遞出去。當(dāng)所有渦簧箱中渦簧擰緊 到滿位或接到停止儲(chǔ)能指令時(shí)，單元控制器使制動(dòng)開關(guān)K斷開，制動(dòng)線圈20斷電，制動(dòng)片15 通過摩擦環(huán)16抱緊制動(dòng)輪14，將所有渦簧箱中渦簧維持鎖緊狀態(tài)，單元控制器控制斷路器 DL斷開，直到接收到一個(gè)能量釋放的控制信號(hào)。當(dāng)電網(wǎng)電能不足時(shí)，或電網(wǎng)處于緊急狀態(tài)需要有功功率支持時(shí)，彈性儲(chǔ)能發(fā)電站 中央監(jiān)控器接收電網(wǎng)或本地的發(fā)電命令，中央監(jiān)控器就按照預(yù)定的控制規(guī)則給各單元控制 器發(fā)出發(fā)電指令。單元控制器控制使制動(dòng)開關(guān)K閉合，制動(dòng)線圈20上電工作，制動(dòng)片15 松開制動(dòng)輪14，永磁電機(jī)4工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，儲(chǔ)能箱1中渦簧箱5鎖緊的渦簧13釋放 彈性能，使永磁電機(jī)4按發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行。渦簧13松開的同時(shí)將帶動(dòng)其渦簧壁12和齒輪 圈11同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，渦簧箱5的齒輪圈11與串聯(lián)的渦簧箱5-2的齒輪圈5-2-11嚙合，齒輪 圈11轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)串聯(lián)渦簧箱5-2的齒輪圈5-2-11和渦簧壁5-2-12反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧5-2-13松開。渦簧5-2-13松開的同時(shí)將帶動(dòng)其主軸5_2_7同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5_2主 軸5-2-7與渦簧箱5-3的主軸5-3-7是連接在一起的，主軸5_2_7轉(zhuǎn)動(dòng)將使渦簧箱5_3中 渦簧5-3-13松開，渦簧5-3-13松開的同時(shí)又帶動(dòng)其渦簧壁5_3_12和齒輪圈5_3_11同方 向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5-3的齒輪圈5-3-11與串聯(lián)的渦簧箱5-4的齒輪圈5_4_11嚙合，齒輪 圈5-3-11轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)串聯(lián)渦簧箱5-4的齒輪圈5-4-11和渦簧壁5_4_12反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其 渦簧5-4-13松開。渦簧5-4-13松開的同時(shí)將帶動(dòng)其主軸5_4_7同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱 5-4主軸5-4-7與渦簧箱5-5的主軸5_5_7是連接在一起的，主軸5_4_7轉(zhuǎn)動(dòng)將使渦簧箱 5-5中渦簧5-5-13松開，渦簧5-5-13松開的同時(shí)又帶動(dòng)其渦簧壁5_5_12和齒輪圈5_5_11 同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于渦簧箱5-5的齒輪圈5-5-11與串聯(lián)的渦簧箱5-6的齒輪圈5_6_11嚙合， 齒輪圈5-5-11轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)串聯(lián)渦簧箱5-6的齒輪圈5-6-11和渦簧壁5_6_12反方向轉(zhuǎn)動(dòng)， 使其渦簧5-6-13松開。渦簧箱5-6的主軸是固定的。永磁電機(jī)4發(fā)電運(yùn)行的同時(shí)，第一全 控橋Ql運(yùn)行于整流狀態(tài)，第二全控橋Q2運(yùn)行于逆變狀態(tài)。同時(shí)單元控制器檢測斷路器DL 兩側(cè)(變流器側(cè)和電網(wǎng)側(cè))電壓的幅值、頻率和相角，控制變流器使其發(fā)出的電壓幅值、頻率 和相角分別與電網(wǎng)側(cè)電壓的幅值、頻率和相角滿足允許的同期并網(wǎng)條件時(shí)給斷路器DL發(fā) 出合閘命令，將彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)，輸出滿足電能質(zhì)量要求的合格電能，以彌補(bǔ)電 網(wǎng)功率的不足，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)單元控制器接收到停止釋能指令或儲(chǔ)能箱能量 釋放完畢時(shí)，單元控制器控制斷路器DL斷開。在有“間歇性”電源的地方，電網(wǎng)受間歇式電源固有的“間歇性”和“波動(dòng)性”影響 較大。若在這些地方配套建設(shè)本彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)或彈性儲(chǔ)能發(fā)電站，通過對(duì)其實(shí)時(shí)控制 進(jìn)行快速的儲(chǔ)能與發(fā)電，就能儲(chǔ)存多余的電能并適時(shí)釋放電能，就地平衡減少間歇式電源 對(duì)電力系統(tǒng)的不利影響，提高電網(wǎng)接納間歇性電源的能力。實(shí)施中，實(shí)時(shí)記錄渦簧所處的位置(釋放或存儲(chǔ)的圈數(shù))非常有必要，但是直接測 量或記錄渦簧本身所處位置有一定難度，為此，可在主軸7上設(shè)置一個(gè)多圈絕對(duì)式光電編 碼器，通過記錄主軸7所轉(zhuǎn)的圈數(shù)，間接測量出彈簧所處的位置。多圈編碼器一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是測 量范圍大，實(shí)際使用往往富裕較多，這樣在安裝時(shí)不必確定準(zhǔn)確的零點(diǎn)，只需任意將某一中 間位置作為起始點(diǎn)就可以了，從而大大簡化了安裝調(diào)試難度。
權(quán)利要求
1.一種永磁電機(jī)式彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，它由中央監(jiān)控器和多個(gè)系統(tǒng)單元構(gòu) 成，每個(gè)系統(tǒng)單元均由儲(chǔ)能箱(1)、電磁制動(dòng)器(2)、齒輪變速箱(3)、永磁電機(jī)(4)、變流器、 斷路器(DL)和單元控制器組成，所述永磁電機(jī)(4)的轉(zhuǎn)子經(jīng)齒輪變速箱(3)、電磁制動(dòng)器 (2)與儲(chǔ)能箱(1)連接，定子線圈經(jīng)變流器、斷路器(DL)與電網(wǎng)連接；儲(chǔ)能箱(1)、電磁制動(dòng) 器(2)、齒輪變速箱(3)、永磁電機(jī)(4)、變流器和斷路器(DL)的監(jiān)控端均接單元控制器，所 述單元控制器通過通訊接口與中央監(jiān)控器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電機(jī)式彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述儲(chǔ)能箱(1)由 主軸(7)、渦簧箱(5)、箱體(8)組成，所述主軸(7) —端經(jīng)箱體軸承(8)與渦簧箱(5)渦簧 片(13)連接，另一端經(jīng)電磁制動(dòng)器(2)連接齒輪變速箱(3)；所述渦簧箱(5)為多個(gè)，每個(gè) 渦簧箱由渦簧壁(12)和渦簧(13)組成；所述渦簧壁(12)有內(nèi)壁和外壁，外壁上固定有齒輪 圈(11)；所述渦簧(13)由一根或多根渦簧片組成，每根渦簧片的兩端分別與主軸(7)和渦 簧箱內(nèi)壁連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁電機(jī)式彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述系統(tǒng)的儲(chǔ) 能箱(1)設(shè)置多個(gè)渦簧箱(5)，每個(gè)渦簧箱(5)的外壁上都固定有齒輪圈(11)，齒輪圈 (11)與其串聯(lián)的渦簧箱齒輪圈嚙合，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)渦簧箱(5)中渦簧(5-1-13)旋緊或松開， 就將帶動(dòng)其渦簧壁(5-1-12)和齒輪圈(5-1-11)同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，與此嚙合的第二個(gè)渦簧箱 (5-2)渦簧壁(5-2-12)和齒輪圈(5-2-11)反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使渦簧箱(5_2)中渦簧(5_2_13) 旋緊或松開，并使其主軸(5-2-7)隨齒輪圈(5-2-11)同向轉(zhuǎn)動(dòng)；主軸連接在一起的渦簧 箱(5-2)又帶動(dòng)渦簧箱(5-3)渦簧壁(5-3-12)和齒輪圈(5-3-11)同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使渦簧箱 (5-3)中渦簧(5-3-13)旋緊或松開，渦簧(5-3-13)旋緊或松開又帶動(dòng)其渦簧壁(5-3-12) 和齒輪圈(5-3-11)同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與此嚙合的第四個(gè)渦簧箱(5-4)渦簧壁(5-4-12)和 齒輪圈(5-4-11)反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧(5-4-13)旋緊或松開，并使其主軸(5-4-7)隨齒 輪圈(5-4-11)同向轉(zhuǎn)動(dòng)；主軸連接在一起的渦簧箱(5-4)又帶動(dòng)渦簧箱(5-5)渦簧壁 (5-5-12)和齒輪圈(5-5-11)同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使渦簧箱(5-5)中渦簧(5-5-13)旋緊或松開，渦 簧(5-5-13)旋緊或松開又帶動(dòng)其渦簧壁(5-5-12)和齒輪圈(5-5-11)同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與 此嚙合的第六個(gè)渦簧箱(5-6)渦簧壁(5-6-12)和齒輪圈(5-6-11)反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其渦簧 (5-6-13)旋緊或松開，渦簧箱(5-6)的軸承固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的永磁電機(jī)式彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述電磁制動(dòng)器 (2)由制動(dòng)輪(14)和抱間組成，所述制動(dòng)輪(14)套裝在主軸(7)上，其兩個(gè)側(cè)面上均設(shè)置 有摩擦環(huán)(16)，所述抱間設(shè)置多個(gè)，它們沿制動(dòng)輪(14)周邊均布，每個(gè)抱間均由制動(dòng)拉簧 (17)、兩個(gè)制動(dòng)片(15)和兩個(gè)電磁銜鐵(19)組成，所述兩個(gè)制動(dòng)片(15)彼此相對(duì)且分別位 于制動(dòng)輪(14)的兩側(cè)，每個(gè)制動(dòng)片(15)的一端通過連接件(18)與固定端連接，另一端與摩 擦環(huán)(16)相對(duì)應(yīng)，所述兩個(gè)電磁銜鐵(19)同極相對(duì)，它們的銜鐵(19)分別固定于兩個(gè)制動(dòng) 片(15)的相對(duì)面中部，它們的制動(dòng)線圈(20)經(jīng)制動(dòng)開關(guān)(K)接直流電源，制動(dòng)開關(guān)由單元 控制器控制；所述制動(dòng)拉簧(17)的兩端分別與兩個(gè)制動(dòng)片(15)連接；所述電磁制動(dòng)器(2) 在第一個(gè)渦簧箱主軸(7)上安裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述永磁電機(jī)式彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述變流器由兩個(gè) 直流側(cè)相接的三相電壓型PWM全控橋組成，第一全控橋(Ql)的交流側(cè)接永磁電機(jī)(2)的定 子線圈，第二全控橋(Q2 )的交流側(cè)斷路器(DL)接電網(wǎng)，兩全控橋直流側(cè)還設(shè)置有濾波電容(C)，控制端接單元控制器。
全文摘要
一種永磁電機(jī)式彈性儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，屬輸配電技術(shù)領(lǐng)域，用于解決電網(wǎng)的儲(chǔ)能和調(diào)峰問題。它由中央監(jiān)控器和多個(gè)系統(tǒng)單元構(gòu)成，每個(gè)系統(tǒng)單元均由儲(chǔ)能箱、電磁制動(dòng)器、齒輪變速箱、永磁電機(jī)、變流器、斷路器和單元控制器等組成，所述永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子經(jīng)齒輪變速箱、電磁制動(dòng)器與儲(chǔ)能箱連接，定子線圈經(jīng)變流器、斷路器與電網(wǎng)連接；儲(chǔ)能箱、電磁制動(dòng)器、齒輪變速箱、永磁電機(jī)、變流器和斷路器的監(jiān)控端均接單元控制器，所述單元控制器通過通訊接口與中央監(jiān)控器連接；所述儲(chǔ)能箱可設(shè)置多個(gè)渦簧箱，渦簧箱相互之間串聯(lián)聯(lián)動(dòng)。本發(fā)明不僅可大量存儲(chǔ)與釋放電能，而且不受地質(zhì)條件限制，無污染，壽命長，免維護(hù)，為智能電網(wǎng)建設(shè)和大規(guī)?！伴g歇性”電源并入電網(wǎng)提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。
文檔編號(hào)H02J3/28GK102064561SQ201110008030
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者余洋, 湯敬秋, 王璋奇, 米增強(qiáng) 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定)