[发明专利]具有永磁变速器的飞轮储能系统

说明书

本发明提供了一种具有永磁变速器的飞轮储能系统，包括电动机、飞轮转子、永磁变速器和发电机。电动机与飞轮转子相连以驱动飞轮转子旋转。永磁变速器包括同轴设置的永磁转子和导体转子，永磁转子与导体转子在轴向上相对且形成气隙，飞轮转子与永磁转子和导体转子中的一者传动连接以驱动其旋转，从而带动另一者旋转，永磁变速器还包括位移装置，位移装置用于调节气隙大小，以使另一者的转速能够保持恒定，另一者与发电机的输入端传动连接，以驱动发电机稳定发电输出恒频电能。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其是涉及一种具有永磁变速器的飞轮储能系统。

背景技术

随着以清洁能源为主的新一轮能源变革的发展，新能源在我国电网中的占比将越来越高。但是，新能源技术中多采用电力电子装置接入电网，而电力电子装置没有转动惯量，无法主动为电网提供必要的电压和频率支撑，也无法提供必要的阻尼作用。尤其是随着通过电力电子装置连接到电网的分布式能源的渗透率越来越高，电网总的转动惯量不断减小，因此当发生重大的负荷或电源突变时电网出现大的频率偏差的风险也不断提高。高比例电力电子装置的接入会导致电网长期处于低惯量水平中，增加系统不平衡功率冲击，这给电力系统安全稳定的运行带来了越来越大的压力。为改善缓解电网运行压力及新能源消纳压力，亟需具备一定的支撑电网动态调整能力的储能系统来提高电网高效接纳新能源的能力。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

飞轮储能技术是一种以动能形式存储能量的储能技术，通过电动机/发电机带动转子加速/减速的方式来实现能量的存储/释放。飞轮储能的主要优点是具有快速的爬坡能力、能量转换效率高和使用寿命长等，在提供辅助服务，例如惯量和频率调节等方面具有得天独厚的优势。且飞轮没有任何地理限制，可以轻松安装，具有可推广及可大规模复制的优点。

目前已有的飞轮储能技术均通过电力电子装置辅助电动/发电机进行动能和电能之间的相互转换过程。当系统需要储存电能时，其会将外部输送来的交流电通过AC/DC的方式供给电动机，进而驱动飞轮转子旋转储能；当需要放电时，电力电子装置对飞轮转子的转子转动惯量进行解耦，起到整流、调频、稳压的作用，以满足负载用电需求。但是电力电子装置没有转动惯量，难以参与电网惯量响应，因此，飞轮储能技术无法解决当前电网中由电力电子装置的大规模使用导致的总的转动惯量比例不断减小的问题。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有永磁变速器的飞轮储能系统。

根据本发明的具有永磁变速器的飞轮储能系统，包括：电动机和飞轮转子，所述电动机与所述飞轮转子相连以驱动所述飞轮转子旋转；永磁变速器，所述永磁变速器包括同轴设置的永磁转子和导体转子，所述永磁转子与所述导体转子在轴向上相对且形成气隙，所述飞轮转子与所述永磁转子和所述导体转子中的一者传动连接以驱动其旋转，从而带动另一者旋转，所述永磁变速器还包括位移装置，所述位移装置用于调节所述气隙大小，以使所述另一者的转速能够保持恒定；和发电机，所述另一者与所述发电机的输入端传动连接，以驱动所述发电机稳定发电输出恒频电能。

根据本发明实施例提供的飞轮储能系统的飞轮转子与具有变速功能的永磁变速器相连，永磁变速器的输出转速能够保持不变，因此能够驱动发电机产生恒频电流，满足向电网输电的要求。由于永磁变速器具有变速功能，飞轮转子的转速变化不会影响发电机向电网中输入恒频电流，因此将本发明实施例提供的飞轮储能系统与电网连接，无需采用电力电子装置解耦、整流、调频、稳压，解决了目前电网中由电力电子装置的使用导致的总的转动惯量不断减小的问题，能够提高电网中的转动惯量，为电网提供必要的电压和频率支撑，降低了电网出现大的频率偏差的风险，使电力系统能够安全稳定的运行，并提高了电网高效接纳新能源的能力。

在一些实施例中，所述位移装置与所述永磁转子和所述导体转子中的至少一者相连，用于沿所述轴向调节所述永磁转子和所述导体转子之间的相对位置以调节所述气隙大小。