[发明专利]一种磁悬浮储能飞轮阵列对充对放电控制策略

说明书

一种磁悬浮储能飞轮阵列对充对放电控制策略，用于完成磁悬浮储能飞轮阵列之间的对充对放电控制，实现飞轮储能之间的能量自循环流动，节省电能的同时可完成飞轮大功率充放电控制测试。该系统由两组飞轮阵列组成：飞轮阵列1、飞轮阵列2、网侧变流器PCS1和PCS2、一台PLC控制器，每组飞轮阵列由至少两台飞轮系统和一台网侧变流器PCS组成。单台飞轮阵列结构包括：市电电网、交流熔断器、交流空开、PLC控制器、网侧变流器PCS、飞轮储能变流器、电机、磁轴承及飞轮转子等。PLC控制器与PCS1、PCS2通过以太网总线连接，PCS与飞轮变流器之间通过CAN总线连接，可以进行实时控制指令和通信数据传送，完成充放电控制逻辑。本发明用于磁悬浮储能飞轮阵列系统的高效率对充对放电控制。

技术领域：

本发明涉及一种磁悬浮储能飞轮阵列对充对放电控制策略。

背景技术：

磁悬浮飞轮储能技术是一种物理储能方式，它将电能转化为飞轮动能进行存储，与其它储能方式对比，飞轮储能技术具有能量和功率密度高、充放电迅速、无污染、寿命长且对易于维护等优点，可广泛应用于轨道交通制动能回收、电网调频调峰、不间断电源以及大功率充放电场合。

为满足用户功率和容量要求，储能飞轮的单机功率通常设置为几百千瓦到几兆瓦水平，组成的飞轮阵列功率甚至可达到几百兆瓦。因此，飞轮单机在进行大功率充放电实验中，要求本地电网具备同等容量的加纳能力，而飞轮阵列进行同步工作时对电网容量提出更高要求，同时飞轮大功率用电会向电网注入大量谐波和无功分量，污染电网的同时甚至导致电网瘫痪。为了进一步降低飞轮对电网的冲击和要求，可以采用多台飞轮组成阵列进行对充对放实验，即能量在飞轮之间循环流动，电网不直接参与飞轮之间的能量交换。在有些研究论文中，飞轮阵列的对充对放实验需要建立在同一条直流母线上，即一台PCS带几台飞轮组成的单组阵列，由PCS稳定直流母线电压，飞轮在直流侧完成能量循环流动。这种直流侧对充对放实验简单、有效，但只是对飞轮进行了测试，没有对网侧PCS的同步性进行测试，也没有实现整个系统级的充放电控制；同时，由PCS稳定直流母线电压，而飞轮并没有对直流母线电压进行控制，这样的放电测试是不完整的，在某些应用场合(比如不间断电源等)需要飞轮在市电掉电时完成对直流母线电压的稳定控制。目前关于磁悬浮储能飞轮阵列系统级的对充对放电控制的研究较少，本发明从电网交流侧完成多组飞轮阵列的对充对放电控制，解决整个系统级的充放电测试问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种磁悬浮储能飞轮阵列对充对放电控制策略，可用于完成磁悬浮储能飞轮阵列之间的对充对放电控制，实现飞轮储能之间的能量自循环流动，节省电能的同时可完成飞轮大功率充放电控制测试。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种磁悬浮储能飞轮阵列对充对放电控制策略，其特征是：本发明的系统结构包括：市电电网、交流熔断器、交流空开、PLC控制器、网侧变流器、飞轮储能变流器、电机、飞轮转子及磁轴承。

本方法包含四种工作模式：预充模式、保持模式、对拖模式、反对拖模式，具体实施步骤如下：

预充模式：第一步，闭合与市电电网连接的交流空开K1、K2和K3，此时PCS1和PCS2交流侧具备380VAC电压。

第二步，PLC控制器通过以太网总线分别给PCS1和PCS2发送“系统启动”控制命令，PCS1和PCS2完成“上电自检”和“直流预充”操作，此时与飞轮变流器连接的直流母线具备630VDC电压。

第三步，飞轮变流器的直流母线电压建立后，飞轮阵列1和2分别完成“上电自检”过程，并通过CAN总线给PCS1和PCS2发送“系统正常”状态数据。

第四步，PCS1和PCS2接收到飞轮阵列系统上电正常状态后，PCS1通过CAN总线给飞轮阵列1的两台飞轮发送设定转速9000转，PCS2通过CAN总线给飞轮阵列2的两台飞轮发送设定转速4000转，飞轮阵列1和2接收到转速指令后回传当前转速设定值和实际测量值。