[发明专利]一种基于飞轮储能的交流电源及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及交流电源应用技术领域，具体涉及基于飞轮储能的交流电源及其控制方法。

背景技术

随着分布式发电技术在全球的推广，独立供电系统也有着越来越广泛的应用。然而由于分布式发电系统与电网的孤立，在负载变化较大的情况下，很难有较好的跟随能力。这直接导致系统难以稳定地工作运行。为了解决这个问题，提出了各种方式的解决方案，但主要集中在交流电源的拓扑选择和控制领域。

飞轮储能装置在工业上也有大量的应用，主要应用在动力分配变化频繁的领域，例如汽车的能量回收等。目前也有应用于供电系统中，但通常也是作为储能装置来使用。在电网中有一定的应用空间，但在独立供电系统中很少使用。

在目前的一些大功率的驱动领域，使用独立供电的交流电源时会会产生一系列问题。最突出一点就是负载大范围变化时，系统中难以避免的产生过电压和过电流，而目前逆变器的容量有限，这些过电压和过电流会对逆变器本身及其驱动装置造成损坏，为抑制这些过电压和过电流，有专家学者针对逆变器本身，应用电力电子技术能有效的减免这些危害。但同时造成整个系统的繁杂，控制也趋于复杂，系统的稳定性大大降低，而这在工业控制领域是极为重要的。

发明内容

鉴于以上背景，为了克服现有的不足，本发明创造性地把飞轮储能技术和已有的独立供电系统结合在一起，特别适合在负载变化较大的应用场合使用，提出的控制方法也能针对性的抑制过电流的产生，维持供电系统和负载的正常工作。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于飞轮储能的交流电源，包括电源模块、控制器、飞轮储能模块、开关和负载；电源模块与负载模块通过开关连接，飞轮储能模块与负载并联连接；控制器采样电源模块输出，并输出控制信号，控制电源模块中逆变器的动作。

进一步地，电源模块包括直流电源、逆变器Inv、滤波电感L1；直流电源、逆变器和滤波电感依次串联连接；逆变器采用三相全桥拓扑结构，具体是采用智能功率模块，其中集成了驱动和保护电路；滤波电感用于滤除电流中杂波，获得较稳定地电流输出。

进一步地，控制器采用TI公司的DSP作为核心控制芯片，型号为TMS320F2812；控制器采样得到经过滤波电感后电路输出的电压和电流作为控制器的输入，输出逆变器(Inv)的各个开关管的控制信号，作为驱动信号连接到逆变器的驱动信号输入端，使逆变器输出正弦电流驱动负载以及感应电机。控制的效果是为了维持输出正弦电流驱动后面的负载以及感应电机。对于所使用的控制方法，本发明申明的方法特别针对负载过载时，产生过流的情况下的控制。

进一步地，飞轮储能模块包括感应电机、飞轮、旁路电感L2、旁路电容C2；整个飞轮储能模块连接在滤波电感L1的输出侧；感应电机输入的电源经过滤波电感后接到感应电机的电源输入端；飞轮则是作为感应电机的负载；旁路电感和旁路电容串联连接作为一个整体与感应电机的输入端连接；运行中旁路电感和旁路电容这个支路主要作为感应电机的过压和过流保护电路，缓冲电路中可能出现的过电压和过电流，保护电机免受损坏。

进一步地，所述负载连接在滤波电感L1的输出端，在负载与滤波电感之间串联有开关K1；显然，K1是用于选择负载是否工作。K1闭合时，负载运行工作；关闭时，负载与电路断开连接；负载通常是工业控制中的各种电机，如吊机中的驱动电机、工厂的传送带上的驱动电机。这些负载的共同特点是负载不稳定，并通常有过载的情况发生。电机的控制精度要求不高，但过载时产生的过电流会对逆变器造成损坏，因此要特别注意治理可能产生的过电流。