[发明专利]磁悬浮飞轮储能装置及其故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种飞轮储能装置及飞轮储能装置的故障诊断方法。

背景技术

目前，由于自然环境的日益恶化，能源和环境已成为当今人类所面临的重大问题，能量的储存与再利用受到世界各国的广泛关注。在此背景下，以能量转换效率高、寿命长、绿色环保、储能密度大、响应速度快、充放电循环成本低见长的现代飞轮储能进入了高速发展期。

飞轮储能是将电能、转动能、制动能等转化成飞轮的旋转动能加以储存，利用电动机、发电机实现动能与电能的交换，由电力控制器实现升速充电与降速放电的技术。为了保证飞轮能够储存较多的能量，飞轮要拥有较大的转动惯量，且要在高转速下长时间运行，为降低能量损失，飞轮还需工作于低真空的密封环境，这些都导致飞轮储能系统存在较强的故障未知性和事故危险性，因高速飞轮破损，导致的飞轮储能装置爆炸等危险事故时有发生。为了保证系统运行的稳定性和安全性，避免发生系统不平衡量变化或支承部件磨损、控制失灵等故障，及时有效地检测出系统的故障，并进行应急处理是十分必要的。

专利申请号为：201210154944.5，名为“一种大容量高效率磁悬浮飞轮储能装置”的专利，给出的飞轮储能装置包括飞轮组件、电机、重载磁浮轴承、径向轴承、真空密封壳体和安全组件，但该专利没有考虑储能系统的安全可靠性。

专利申请号为：CN201110310173.X，名为“磁悬浮飞轮储能装置”的专利，提供了一种具有结构紧凑，比能量密度和放电深度高的磁悬浮飞轮储能装置，该装置配置有径向和轴向磁悬浮轴承，其径向磁悬浮轴承为径向混合锥轴承，但同样该专利也未考虑飞轮储能装置的故障诊断性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有故障诊断功能的磁悬浮飞轮储能装置及其故障诊断方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明磁悬浮飞轮储能装置，其特征是：包括密封舱体和安装在密封舱体里的飞轮，密封舱体里设置上机械轴承基座和下机械轴承基座，上机械轴承基座里安装上机械轴承，下机械轴承基座安装下机械轴承，飞轮通过飞轮的飞轮轴安装在上机械轴承和下机械轴承上，在上机械轴承和飞轮之间安装轴向磁轴承，在下机械轴承和飞轮之间安装电动发电一体机。

本发明磁悬浮飞轮储能装置的故障诊断方法，采用本发明的磁悬浮飞轮储能装置，其特征是：

（1）磁电转速传感器检测飞轮实际转速，根据前一时刻飞轮实际转速及当前时刻电动发电一体机的输入或输出电压，输出飞轮的理论转速，并与飞轮实际转速共同作为输入进行一次故障诊断，若二转速之差大于设定阈值，则电动发电一体机或上机械轴承、下机械轴承存在故障；

（2）以电动发电一体机温度传感器检测到的电动发电一体机当前时刻温度和前一时刻温度作为输入，根据两次温度与设定值的比较结果，进行故障诊断，以当前时刻及前一时刻定子表面加速度计测得的振动加速度为输入再进行电动发电一体机的故障诊断，以两次故障诊断的结果作为输入进行局部信息融合，得出故障诊断初步结果；

（3）以上、下机械轴承温度传感器测得当前时刻及前一时刻信号进行上机械轴承、下机械轴承故障诊断，再以上、下机械轴承加速度计测得当前时刻及前一时刻信号作为输入进行上机械轴承、下机械轴承故障诊断，以两次故障诊断结果作为输入进行局部信息融合，得出上、下机械轴承故障诊断初步结果；

（4）将通过步骤（1）～（3）得到的结果作为输入进行故障信息融合，得到电动发电一体机、上机械轴承、下机械轴承的故障定位及故障估计结果；

（5）以轴向磁轴承的温度传感器检测到的当前时刻及前一时刻温度信号作为输入进行一次轴向磁轴承故障诊断，再以磁电位移传感器检测到的轴向位移作为输入，根据轴向位移与设定值的比较结果，进行一次轴向磁轴承的故障诊断，对两次诊断结果进行故障信息融合，得出轴向磁轴承的故障状态；

（6）当诊断为电动发电一体机出现故障时，则进行断电及报警处理；当诊断为上、下机械轴承出现故障时，则进行断电处理或紧急制动；当诊断为轴向磁轴承出现故障时，则将轴向磁轴承断电。

本发明磁悬浮飞轮储能装置还可以包括：