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      一種分布式飛輪儲(chǔ)能陣列和飛輪儲(chǔ)能電廠的制作方法

      文檔序號(hào):10554883閱讀:687來(lái)源:國(guó)知局
      一種分布式飛輪儲(chǔ)能陣列和飛輪儲(chǔ)能電廠的制作方法
      【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,其包括直流母線、飛輪儲(chǔ)能模塊、功率變換模塊、控制模塊和母線側(cè)變流變壓模塊,飛輪儲(chǔ)能模塊包括N個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元,功率變換模塊包括串聯(lián)在直流母線上的接觸器、直流濾波電路以及N個(gè)多相三電平雙向變流器;控制模塊包括N個(gè)模塊控制器和用于對(duì)各模塊控制器進(jìn)行集中控制以及對(duì)上述接觸器線圈通斷電進(jìn)行控制的集控中心;母線側(cè)變流變壓模塊包括與直流母線連接的DC/AC變流器和陣列變壓器。本發(fā)明的儲(chǔ)能陣列能夠提高高能量轉(zhuǎn)換效率和可靠性,增加系統(tǒng)容量,本發(fā)明的飛輪儲(chǔ)能電廠由多個(gè)飛輪儲(chǔ)能陣列通過(guò)高壓交流母線相并聯(lián)形成,解決了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)大規(guī)模、超大儲(chǔ)能量、大功率應(yīng)用的需要。
      【專利說(shuō)明】
      一種分布式飛輪儲(chǔ)能陣列和飛輪儲(chǔ)能電廠
      技術(shù)領(lǐng)域
      [0001]本發(fā)明涉及飛輪儲(chǔ)能領(lǐng)域,具體的說(shuō)是一種分布式飛輪儲(chǔ)能陣列。
      【背景技術(shù)】
      [0002]飛輪儲(chǔ)能是利用飛輪實(shí)現(xiàn)電能存儲(chǔ)以及機(jī)械能與電能之間轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并存儲(chǔ)在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪中,當(dāng)需要用電時(shí)再由飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,通過(guò)飛輪的升速和降速實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。
      [0003]飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)具有穩(wěn)定高效、響應(yīng)速度快、儲(chǔ)能密度高、使用壽命長(zhǎng)和不受充放電次數(shù)限制等特點(diǎn),在國(guó)防、電力、航空航天等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)多應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站及分布式發(fā)電和微電網(wǎng)領(lǐng)域,起到穩(wěn)定電網(wǎng)頻率、削峰填谷、平衡負(fù)荷的作用。
      [0004]單個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元的儲(chǔ)能容量低,用于電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻和分布式電源系統(tǒng)的飛輪儲(chǔ)能電站往往需要幾十甚至數(shù)百兆瓦的容量,這需要將多個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元并聯(lián)運(yùn)行組成飛輪儲(chǔ)能陣列,以獲得更大的存儲(chǔ)容量。目前飛輪儲(chǔ)能朝著超大儲(chǔ)能量、大功率的方向發(fā)展,但是,隨著儲(chǔ)能容量和功率等級(jí)的提升,迫切需要大功率變流器來(lái)驅(qū)動(dòng)飛輪電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性也提出了更高的要求。
      [0005]如何進(jìn)一步提高飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量,同時(shí)保證飛輪功率驅(qū)動(dòng)裝置的安全性和可靠性成為飛輪儲(chǔ)能領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。開發(fā)一套大功率飛輪儲(chǔ)能陣列組成的飛輪儲(chǔ)能電廠對(duì)于開拓飛輪儲(chǔ)能在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻以及分布式能源并網(wǎng)等領(lǐng)域具有重要的理論和實(shí)踐意義。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種分布式飛輪儲(chǔ)能陣列和飛輪儲(chǔ)能電廠,該飛輪儲(chǔ)能陣列能提高能量轉(zhuǎn)換效率和可靠性,增加系統(tǒng)容量,飛輪儲(chǔ)能電廠由飛輪儲(chǔ)能陣列組成,可解決飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)大規(guī)模、超大儲(chǔ)能量、大功率應(yīng)用的需要。
      [0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明包括分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,其特征是包括直流母線、飛輪儲(chǔ)能模塊、功率變換模塊、控制模塊和母線側(cè)變流變壓模塊,其中:
      飛輪儲(chǔ)能模塊包括N個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元,N為正整數(shù);
      功率變換模塊包括串聯(lián)在直流母線上的接觸器、直流濾波電路以及與飛輪儲(chǔ)能單元一一對(duì)應(yīng)的N個(gè)多相三電平雙向變流器,各飛輪儲(chǔ)能單元與多相三電平雙向變流器連接后并聯(lián)在直流母線的正負(fù)極上;
      控制模塊包括與飛輪儲(chǔ)能單元一一對(duì)應(yīng)連接的N個(gè)模塊控制器和用于對(duì)各模塊控制器進(jìn)行集中控制以及對(duì)上述接觸器線圈通斷電進(jìn)行控制的集控中心;
      母線側(cè)變流變壓模塊包括與直流母線連接的DC/AC變流器和陣列變壓器。
      [0008]所述飛輪儲(chǔ)能單元包括真空艙、轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在真空艙內(nèi)的主軸、安裝在主軸上的飛輪以及與主軸同軸安裝的電動(dòng)/發(fā)電一體機(jī)。
      [0009]所述主軸的兩端分別通過(guò)磁軸承與真空艙連接。
      [0010]所述主軸的兩端與真空艙之間還連接有保護(hù)軸承。
      [0011 ]所述真空艙上連接真空栗且真空艙外部配置制冷系統(tǒng)。
      [0012]所述真空艙設(shè)置在一密閉的罐體內(nèi),罐體的底部埋設(shè)在地下,罐體內(nèi)設(shè)置干燥劑罐,罐體與制冷系統(tǒng)連接。在真空艙外部額外設(shè)置罐體可對(duì)內(nèi)部飛輪儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)起到很好的保護(hù)作用,將罐體埋設(shè)在地下并對(duì)罐體進(jìn)行干燥和制冷,可有效降低飛輪儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的能量損耗,提高能量轉(zhuǎn)化效率。
      [0013]所述罐體地下部分的外部包覆有保護(hù)層。設(shè)置保護(hù)層可以起到保溫、保濕以及減震的作用。
      [0014]所述直流濾波電路包括多個(gè)電解電容組,每個(gè)電解電容組均由多個(gè)電解電容先串聯(lián)形成電解電容支路、再由多個(gè)電解電容支路并聯(lián)于直流母線正負(fù)極之間組成,電解電容的兩端并聯(lián)均壓電阻。利用電解電容可有效抑制直流母線上的電壓波動(dòng),均壓電阻利用分壓原理,保證各個(gè)電解電容兩端的電壓均等。
      [0015]所述多相三電平雙向變流器由多相三電平橋臂構(gòu)成,每三相驅(qū)動(dòng)一個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元,橋臂上端與直流母線連接,下端與飛輪儲(chǔ)能模塊連接;單個(gè)橋臂包括四個(gè)IGBT開關(guān)管、兩個(gè)濾波電容和兩個(gè)鉗位二極管;四個(gè)IGBT開關(guān)管依次串聯(lián)在直流母線的正負(fù)極之間且第二個(gè)和第三個(gè)開關(guān)管的連線上引出交流輸出端子;兩個(gè)濾波電容串聯(lián)后再并聯(lián)在直流母線的正負(fù)極上,兩個(gè)電容之間的連線與中性點(diǎn)連接;其中一個(gè)鉗位二極管的負(fù)極端連接在第一個(gè)和第二個(gè)開關(guān)管的連線上、正極端與中性點(diǎn)連接,另一個(gè)鉗位二極管的負(fù)極端與中性點(diǎn)連接、正極端連接在第三個(gè)和第四個(gè)開關(guān)管的連線上。
      [0016]本發(fā)明的飛輪儲(chǔ)能電廠包括M個(gè)權(quán)利要求1所述的分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,M為正整數(shù),各儲(chǔ)能陣列的陣列變壓器連接到高壓交流母線上,高壓交流母線通過(guò)廠用變壓器與電網(wǎng)連接。
      [0017]本發(fā)明的有益效果是:
      1)本發(fā)明采用以三電平變流器為核心的功率模塊設(shè)計(jì),為高電壓、大功率飛輪儲(chǔ)能模塊提供了一個(gè)有效的途徑;三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)避免了功率開關(guān)器件直接串聯(lián)引起的動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴},同時(shí)降低了電壓變化率,減少了共模干擾,提高了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率和可靠性;
      2)本發(fā)明采用模塊化和集成化設(shè)計(jì),將飛輪本體及軸承單元設(shè)計(jì)為飛輪儲(chǔ)能模塊,功率驅(qū)動(dòng)組件集成化為一體的多相三電平雙向變流器,每三相驅(qū)動(dòng)一個(gè)飛輪儲(chǔ)能模塊,提高了飛輪儲(chǔ)能陣列的模塊化和集成化水平,結(jié)構(gòu)更加緊湊,提高了空間利用率,降低了飛輪電機(jī)和功率模塊之間的電磁干擾;
      3)本發(fā)明采用分布式集中控制,由集控單元和各級(jí)飛輪儲(chǔ)能模塊控制器組成,運(yùn)行更加高效;集控單元負(fù)責(zé)儲(chǔ)能陣列的動(dòng)態(tài)功率平衡,協(xié)調(diào)各儲(chǔ)能單元間的功率分配;飛輪儲(chǔ)能模塊控制器根據(jù)得到的指令,通過(guò)雙向變流器實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能單元的充放電控制,以實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放;
      4)本發(fā)明的飛輪儲(chǔ)能電廠由多個(gè)飛輪儲(chǔ)能陣列通過(guò)高壓交流母線相并聯(lián)形成,解決了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)大規(guī)模、超大儲(chǔ)能量、大功率應(yīng)用的需要。
      【附圖說(shuō)明】
      [0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
      圖1為本發(fā)明儲(chǔ)能陣列的主體結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)示意框圖;
      圖2為本發(fā)明儲(chǔ)能陣列的具體電路原理示意框圖;
      圖3為本發(fā)明儲(chǔ)能陣列中飛輪儲(chǔ)能單元的結(jié)構(gòu)原理示意圖;
      圖4為本發(fā)明儲(chǔ)能陣列的控制原理示意框圖;
      圖5為本發(fā)明儲(chǔ)能陣列中飛輪儲(chǔ)能單元的具體敷設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖;
      圖6為本發(fā)明儲(chǔ)能陣列中直流濾波電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖;
      圖7為本發(fā)明儲(chǔ)能陣列中二極管鉗位型三電平變流器的電路結(jié)構(gòu)示意圖;
      圖8為本發(fā)明儲(chǔ)能陣列的現(xiàn)場(chǎng)定置示意圖;
      圖9為本發(fā)明儲(chǔ)能電廠與電網(wǎng)的連接關(guān)系示意圖;
      圖10為本發(fā)明應(yīng)用于大型儲(chǔ)能電廠的布局圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0019]參照附圖,本發(fā)明的分布式飛輪儲(chǔ)能陣列包括直流母線1、飛輪儲(chǔ)能模塊2、功率變換模塊3、控制模塊和母線側(cè)變流變壓模塊4。其中:飛輪儲(chǔ)能模塊2包括N個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元21,N為正整數(shù);功率變換模塊3包括串聯(lián)在直流母線I上的接觸器31、直流濾波電路32以及與飛輪儲(chǔ)能單元21—一對(duì)應(yīng)的N個(gè)多相三電平雙向變流器33,各飛輪儲(chǔ)能單元21與多相三電平雙向變流器33連接后并聯(lián)在直流母線I的正負(fù)極上;控制模塊包括與飛輪儲(chǔ)能單元21一一對(duì)應(yīng)連接的N個(gè)模塊控制器5和用于對(duì)各模塊控制器5進(jìn)行集中控制以及對(duì)上述接觸器31線圈通斷電進(jìn)行控制的集控中心6;母線側(cè)變流變壓模塊4包括與直流母線I連接的DC/AC變流器41和陣列變壓器42。
      [0020]上述結(jié)構(gòu)中,利用飛輪儲(chǔ)能模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)械能電能之間的轉(zhuǎn)換,利用三電平變流器為核心的功率變換模塊設(shè)計(jì),為高電壓、大功率飛輪儲(chǔ)能模塊的控制提供可靠依據(jù);每一個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元21對(duì)應(yīng)一個(gè)飛輪儲(chǔ)能模塊控制器5,集控中心6負(fù)責(zé)對(duì)所有飛輪儲(chǔ)能模塊控制器5進(jìn)行集中控制。集控中心6負(fù)責(zé)儲(chǔ)能陣列的動(dòng)態(tài)功率平衡,協(xié)調(diào)各儲(chǔ)能單元間的功率分配。各模塊控制器根據(jù)得到的指令,通過(guò)雙向變流器實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能單元的充放電控制,以實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。在直流母線I側(cè),直流母線I下端與多相三電平雙向變流器331相連,直流母線I將飛輪儲(chǔ)存和釋放的能量進(jìn)行匯集和分配,經(jīng)過(guò)DC/AC變流器41實(shí)現(xiàn)交流到直流或直流到交流的能量變換,最后經(jīng)過(guò)陣列變壓器42實(shí)現(xiàn)升降壓變換后與高壓直流母線12相連。[0021 ]參照附圖,飛輪儲(chǔ)能單元21包括真空艙211、轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在真空艙211內(nèi)的主軸212、安裝在主軸212上的飛輪213以及與主軸212同軸安裝的電動(dòng)/發(fā)電一體機(jī)214。主軸212的兩端分別通過(guò)磁軸承215與真空艙211連接,磁軸承215上設(shè)置磁軸承控制器218,通過(guò)磁軸承控制器218控制實(shí)現(xiàn)主軸徑向四個(gè)自由度的懸浮。主軸212的兩端與真空艙211之間還連接有保護(hù)軸承216。保護(hù)軸承216能夠在飛輪系統(tǒng)懸浮故障或者低速時(shí)用來(lái)支承飛輪轉(zhuǎn)子,以防止轉(zhuǎn)子磨損發(fā)熱而失去支承功能,導(dǎo)致電機(jī)損壞。
      [0022]圖3中還示出了信號(hào)采集模塊217,信號(hào)采集模塊217用于采集真空艙真空度/7,飛輪組件溫度?,飛輪電機(jī)三相電流ia Jb Jc,飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速和位置信號(hào)/3、〃,直流母線電壓和電流4。圖4中示出了本發(fā)明儲(chǔ)能陣列的控制原理,下面進(jìn)行詳細(xì)闡述。其中,圖4中的電渦流位移傳感器安裝于主軸213兩端,測(cè)量主軸上徑向位移量Xl、Y1和主軸下X2、Y2徑向位移量,通過(guò)磁軸承控制器218控制實(shí)現(xiàn)主軸徑向四個(gè)自由度的懸浮。
      [0023]控制器功能:本發(fā)明采用分布式集中控制,集控單元6負(fù)責(zé)儲(chǔ)能陣列的動(dòng)態(tài)功率平衡,通過(guò)對(duì)飛輪儲(chǔ)能模塊控制器5的集中控制,協(xié)調(diào)各儲(chǔ)能單元間的功率分配。飛輪儲(chǔ)能模塊控制器5根據(jù)得到的集控單元6發(fā)送的指令,由高性能數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)通過(guò)雙向變流器實(shí)現(xiàn)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速、穩(wěn)定的充放電控制,以實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。飛輪儲(chǔ)能模塊控制器5同時(shí)接收兩個(gè)磁軸承控制器的信號(hào),對(duì)磁軸承215的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
      [0024]控制原理:飛輪儲(chǔ)能陣列的能量存儲(chǔ)和釋放是通過(guò)飛輪儲(chǔ)能模塊控制器對(duì)電動(dòng)/發(fā)電一體機(jī)214和雙向變流器33的充電和放電控制實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)對(duì)電動(dòng)/發(fā)電一體機(jī)214的充電和放電控制,實(shí)現(xiàn)了直流母線側(cè)電能和飛輪轉(zhuǎn)子側(cè)機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換;充電過(guò)程中,直流母線儲(chǔ)存的能量被轉(zhuǎn)換到電機(jī)側(cè)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)并將能量以機(jī)械能的形式儲(chǔ)存起來(lái);放電過(guò)程中,飛輪將存儲(chǔ)的機(jī)械能通過(guò)電機(jī)饋送回直流母線。飛輪儲(chǔ)能模塊充電過(guò)程完成后,飛輪達(dá)到額定轉(zhuǎn)速,此時(shí)飛輪儲(chǔ)能模塊進(jìn)入高速怠速運(yùn)行狀態(tài),飛輪運(yùn)行的主要損耗來(lái)自自身的怠速損耗,所需的電源功率降低,飛輪儲(chǔ)能系模塊將維持在高速運(yùn)行狀態(tài)。
      [0025]信號(hào)處理處理:信號(hào)采集單元采集真空艙真空度/7,飛輪組件溫度?,飛輪電機(jī)三相電流ia Jb Jc,飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速和位置信號(hào)/3、匕直流母線電壓Uifc和電流等信號(hào)量,被輸送到飛輪儲(chǔ)能模塊控制器5。飛輪儲(chǔ)能模塊控制器5經(jīng)過(guò)AD采樣調(diào)理電路、坐標(biāo)變換后,運(yùn)行能量管理控制算法、充電控制算法、放電控制策略算法,在經(jīng)過(guò)坐標(biāo)逆變換、PWM脈寬信號(hào)調(diào)制、隔離和驅(qū)動(dòng)電路,獲得功率變換模塊中IGBT功率開關(guān)器件的開關(guān)驅(qū)動(dòng)PffM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào),功率開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電一體機(jī)214的電動(dòng)和發(fā)電運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)飛輪儲(chǔ)能模塊能量?jī)?chǔ)存和回饋。
      [0026]故障處理:當(dāng)飛輪儲(chǔ)能模塊控制器5檢測(cè)到采集的真空艙真空度/7,飛輪組件溫度?超過(guò)運(yùn)行最高限值,或者上磁軸承控制器、下磁軸承控制器反饋磁軸承出現(xiàn)故障時(shí),飛輪儲(chǔ)能模塊控制器5將立即停止飛輪儲(chǔ)能模塊2的運(yùn)行。
      [0027]集控單元6將該故障飛輪儲(chǔ)能模塊(包括飛輪儲(chǔ)能單元21和雙向變流器33)從系統(tǒng)中切除,排除故障后方能并列運(yùn)行。
      [0028]對(duì)于飛輪儲(chǔ)能單元21的具體結(jié)構(gòu),參照?qǐng)D5,真空艙211上連接真空栗7且真空艙211外部配置制冷系統(tǒng)8。其中,具體的如圖4所示,真空艙211設(shè)置在一密閉的罐體9內(nèi),罐體9的底部埋設(shè)在地下,罐體9內(nèi)設(shè)置干燥劑罐10,罐體9與制冷系統(tǒng)8連接。罐體9地下部分的外部包覆有保護(hù)層U。在真空艙外部額外設(shè)置罐體9可對(duì)內(nèi)部飛輪儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)起到很好的保護(hù)作用,將罐體9埋設(shè)在地下并對(duì)罐體9進(jìn)行干燥和制冷,可有效降低飛輪儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的能量損耗,提高能量轉(zhuǎn)化效率。設(shè)置保護(hù)層11可以起到保溫、保濕、減震的作用。
      [0029]參照附圖,接觸器31用于控制飛輪儲(chǔ)能模塊與直流母線之間的通斷控制,該接觸器由集控中心控制。圖6示出了具體的濾波電路結(jié)構(gòu),直流濾波電路32包括多個(gè)電解電容組,每個(gè)電解電容組均由多個(gè)電解電容321先串聯(lián)形成電解電容支路、再由多個(gè)電解電容支路并聯(lián)于直流母線I正負(fù)極之間組成,電解電容321的兩端并聯(lián)均壓電阻322。利用電解電容321可有效抑制直流母線I上的電壓波動(dòng),均壓電阻322利用分壓原理,保證各個(gè)電解電容321兩端的電壓均等。
      [0030]參照?qǐng)D7,多相三電平雙向變流器33由多相三電平橋臂構(gòu)成,每三相驅(qū)動(dòng)一個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元21,橋臂上端與直流母線I連接,下端與飛輪儲(chǔ)能模塊2連接;單個(gè)橋臂包括四個(gè)1681'開關(guān)管31、32、33、34、兩個(gè)濾波電容(:1工2和兩個(gè)鉗位二極管01、02;四個(gè)1681'開關(guān)管
      S1、S2、S3、S4依次串聯(lián)在直流母線I的正負(fù)極之間且第二個(gè)和第三個(gè)開關(guān)管的連線上引出交流輸出端子B;兩個(gè)濾波電容C1、C2串聯(lián)后再并聯(lián)在直流母線I的正負(fù)極上,兩個(gè)濾波電容C1、C2之間的連線與中性點(diǎn)A連接;其中一個(gè)鉗位二極管Dl的負(fù)極端連接在第一個(gè)和第二個(gè)開關(guān)管的連線上、正極端與中性點(diǎn)A連接,另一個(gè)鉗位二極管D2的負(fù)極端與中性點(diǎn)A連接、正極端連接在第三個(gè)和第四個(gè)開關(guān)管的連線上。
      [0031]本發(fā)明的模塊化設(shè)計(jì)便于飛輪儲(chǔ)能陣列的現(xiàn)場(chǎng)裝配,圖8為本發(fā)明飛輪儲(chǔ)能陣列的現(xiàn)場(chǎng)定置圖。其中,專門設(shè)置控制室14,功率變換模塊3 (包括接觸器31、直流濾波電路32以及多相三電平雙向變流器33)和模塊控制器5、集控中心6集中安裝在控制室14內(nèi),飛輪儲(chǔ)能單元21均勻分布于控制室14外,通過(guò)電纜與控制室連接,母線側(cè)變流變壓模塊4布置在控制室外,與接觸器31連接。
      [0032]如圖9所示,本發(fā)明的飛輪儲(chǔ)能電廠包括M個(gè)上述分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,M為正整數(shù),各儲(chǔ)能陣列的各個(gè)陣列變壓器42均連接到高壓交流母線12上,高壓交流母線12通過(guò)廠用變壓器13與電網(wǎng)連接。飛輪儲(chǔ)能電廠為由若干個(gè)飛輪儲(chǔ)能陣列通過(guò)高壓交流母線相并聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),解決了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)大規(guī)模、超大儲(chǔ)能量、大功率應(yīng)用的需要。其中,圖8中示出了超大型儲(chǔ)能電廠的布局圖,其有J行K列儲(chǔ)能陣列,每個(gè)儲(chǔ)能陣列包括N個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元,N、J、K均為正整數(shù)。
      [0033]綜上所述,本發(fā)明不限于上述【具體實(shí)施方式】。本領(lǐng)域技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下,可做若干的更改和修飾。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以本發(fā)明的權(quán)利要求為準(zhǔn)。
      【主權(quán)項(xiàng)】
      1.一種分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,其特征是包括直流母線(1)、飛輪儲(chǔ)能模塊(2)、功率變換模塊(3)、控制模塊和母線側(cè)變流變壓模塊(4),其中: 飛輪儲(chǔ)能模塊(2)包括N個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元(21),N為正整數(shù); 功率變換模塊(3 )包括串聯(lián)在直流母線(I)上的接觸器(31)、直流濾波電路(32 )以及與飛輪儲(chǔ)能單元(21)—一對(duì)應(yīng)的N個(gè)多相三電平雙向變流器(33),各飛輪儲(chǔ)能單元(21)與多相三電平雙向變流器(33)連接后并聯(lián)在直流母線(I)的正負(fù)極上; 控制模塊包括與飛輪儲(chǔ)能單元(21) 一一對(duì)應(yīng)連接的N個(gè)模塊控制器(5 )和用于對(duì)各模塊控制器(5)進(jìn)行集中控制以及對(duì)上述接觸器(31)線圈通斷電進(jìn)行控制的集控中心(6); 母線側(cè)變流變壓模塊(4)包括與直流母線(I)連接的DC/A C變流器(41)和陣列變壓器(42)。2.如權(quán)利要求1所述的分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,其特征是所述飛輪儲(chǔ)能單元(21)包括真空艙(211)、轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在真空艙(211)內(nèi)的主軸(212)、安裝在主軸(212)上的飛輪(213)以及與主軸(212)同軸安裝的電動(dòng)/發(fā)電一體機(jī)(214)。3.如權(quán)利要求2所述的分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,其特征是所述主軸(212)的兩端分別通過(guò)磁軸承(215)與真空艙(211)連接。4.如權(quán)利要求3所述的分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,其特征是所述主軸(212)的兩端與真空艙(211)之間還連接有保護(hù)軸承(216 )。5.如權(quán)利要求2所述的分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,其特征是所述真空艙(211)上連接真空栗(7)且真空艙(211)外部配置制冷系統(tǒng)(8)。6.如權(quán)利要求2所述的分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,其特征是所述真空艙(211)設(shè)置在一密閉的罐體(9 )內(nèi),罐體(9 )的底部埋設(shè)在地下,罐體(9 )內(nèi)設(shè)置干燥劑罐(10),罐體(9 )與制冷系統(tǒng)(8)連接。7.如權(quán)利要求6所述的分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,其特征是所述罐體(9)地下部分的外部包覆有保護(hù)層(11)。8.如權(quán)利要求1所述的分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,其特征是所述直流濾波電路(32)包括多個(gè)電解電容組,每個(gè)電解電容組均由多個(gè)電解電容(321)先串聯(lián)形成電解電容支路、再由多個(gè)電解電容支路并聯(lián)于直流母線(I)正負(fù)極之間組成,電解電容(321)的兩端并聯(lián)均壓電阻(322)09.如權(quán)利要求1所述的分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,其特征是所述多相三電平雙向變流器(33)由多相三電平橋臂構(gòu)成,每三相驅(qū)動(dòng)一個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元(21),橋臂上端與直流母線(I)連接,下端與飛輪儲(chǔ)能模塊(2)連接;單個(gè)橋臂包括四個(gè)IGBT開關(guān)管(S1、S2、S3、S4)、兩個(gè)濾波電容((:1、02)和兩個(gè)鉗位二極管(01、02);四個(gè)1681'開關(guān)管(31、32、33、34)依次串聯(lián)在直流母線(1)的正負(fù)極之間且第二個(gè)和第三個(gè)開關(guān)管的連線上引出交流輸出端子(B);兩個(gè)濾波電容(C1、C2 )串聯(lián)后再并聯(lián)在直流母線(I)的正負(fù)極上,兩個(gè)濾波電容(C1、C2 )之間的連線與中性點(diǎn)(A)連接;其中一個(gè)鉗位二極管(Dl)的負(fù)極端連接在第一個(gè)和第二個(gè)開關(guān)管的連線上、正極端與中性點(diǎn)(A)連接,另一個(gè)鉗位二極管(D2 )的負(fù)極端與中性點(diǎn)(A)連接、正極端連接在第三個(gè)和第四個(gè)開關(guān)管的連線上。10.如權(quán)利要求1所述的飛輪儲(chǔ)能電廠,其特征是包括M個(gè)權(quán)利要求1所述的分布式飛輪儲(chǔ)能陣列,M為正整數(shù),各儲(chǔ)能陣列的各個(gè)陣列變壓器(42)均連接到高壓交流母線(12)上, 高壓交流母線(12)通過(guò)廠用變壓器(13)與電網(wǎng)連接。
      【文檔編號(hào)】H02J3/30GK105914768SQ201610336842
      【公開日】2016年8月31日
      【申請(qǐng)日】2016年5月20日
      【發(fā)明人】許加凱, 王思城, 李明明, 張耀東, 張曉 , 王鑫, 李梵, 張美玲, 郭玲, 劉西紅, 劉振光, 蔡涵宇, 田力, 連春季, 杜新平, 周陽(yáng), 孫照輝, 曹懷龍, 董旭, 宗傳帥, 陳永林, 姜思坤, 張以寧, 公政, 趙凱, 梁琨, 康健, 張桂林, 王明林, 王靜, 梁晶, 沈繼勇, 孫許金, 李孝鵬, 董義浩
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