[发明专利]一种重力结合飞轮的综合物理储能系统及储能方法

权利要求书

1.一种重力结合飞轮的综合物理储能系统，其特征在于：所述的储能系统包括重力储能系统和飞轮储能系统；其中所述重力储能系统包括重力储能电机(1)、提升机(2)、钢缆(3)、自动吊具(4)、重物(5)、竖井(6)、重力机侧变流器(7)；所述飞轮储能系统包括储能飞轮转子(8)、飞轮主轴(9)、储能飞轮电机(10)、轴承(11)、真空室(12)、防护外壳(13)和储能飞轮机侧变流器(14)；所述综合物理储能系统还包括调频飞轮模块，其包括调频飞轮转子(19)、飞轮主轴(20)、调频飞轮电机(21)、轴承(22)、真空室(23)、防护外壳(24)和调频飞轮机侧变流器(25)；所述综合物理储能系统还包括储能侧直流母线(15)、储能网侧变流器(16)、能量管理系统(17)、调频侧直流母线(26)、调频网侧变流器(27)和控制器(28)；所述重力储能模块的提升机(2)通过绞线盘中的钢缆(3)连接自动吊具(4)上的重物(5)，并与重力储能电机(1)相连，所述重力储能电机(1)与重力机侧变流器(7)相连，然后连接至储能侧直流母线(15)，最终连接到电网(18)；所述储能飞轮转子(8)通过飞轮主轴(9)与轴承(11)、储能飞轮电机(10)相连，储能飞轮电机(10)与储能飞轮机侧变流器(14)相连，然后连接至储能侧直流母线(15)，最终连接到电网(18)；调频飞轮转子(19)通过飞轮主轴(20)与轴承(22)、调频飞轮电机(21)相连，调频飞轮电机(21)与调频飞轮机侧变流器(25)相连，然后连接至调频侧直流母线(26)；所述调频侧直流母线(26)与调频网侧变流器(27)相连，最终连接到电网(18)；所述能量管理系统(17)的输入端与电网(18)相连，输出端与控制器(28)相连；控制器(28)与重力机侧变流器(7)、储能飞轮机侧变流器(14)、储能网侧变流器(16)、调频飞轮机侧变流器(25)、调频网侧变流器(27)相连。

2.根据权利要求1所述的重力结合飞轮的综合物理储能系统，其特征在于：

当所述的综合物理储能系统需要存储能量时，所述的能量管理系统(17)对控制器(28)发出调度信号，然后控制器(28)控制储能网侧变流器(16)从电网(18)侧吸收电能；所述重力储能模块由重力储能电机(1)提升重物(5)至高处，将电能转换为重力势能进行能量存储；所述飞轮储能模块通过储能飞轮电机(10)带动储能飞轮转子(8)旋转，通过提升储能飞轮转子(8)的转速实现电能转换为动能进行能量存储，此时所述重力储能电机(1)工作于电动机模式；

当所述综合物理储能系统需要释放能量时，所述的能量管理系统(17)对控制器(28)发出调度信号，然后控制器(28)控制重力机侧变流器(7)、储能飞轮机侧变流器(14)工作；所述提升机(2)将重物(5)下放至井底，拖动重力储能电机(1)实现重力势能转换为电能，通过重力机侧变流器(7)传输至储能侧直流母线(15)；所述飞轮储能模块通过改变储能飞轮转子(8)的转速实现动能转换为电能，通过储能飞轮机侧变流器(14)传输至储能侧直流母线(15)，然后通过储能网侧变流器(16)回馈到电网(18)，此时所述重力储能电机(1)工作于发电机模式；

当所述的综合物理储能系统接入的电网(18)频率出现波动时，所述能量管理系统(17)向控制器(28)发出调度信号，控制调频飞轮模块中的调频飞轮机侧变流器(25)和调频网侧变流器(27)，反馈控制调频飞轮电机(21)带动调频飞轮转子(19)改变转速，通过转速的改变调节调频飞轮系统的输出功率，然后控制器(28)控制调频轮机侧变流器(25)、调频网侧变流器(27)的运行，实现电网(18)的频率调节。

3.根据权利要求1所述的重力结合飞轮的综合物理储能系统，其特征在于：所述的重力储能模块是实现能量存储的主要路径，通过改变所述竖井(6)的高度、单个重物(5)的质量和重物(5)的数量实现存储功率和能量的调节；所述的飞轮储能模块用于补偿和平衡重力储能模块发电的波动性和间歇性，实现电能的长时间、高质量、稳定输送至电网(18)。