[发明专利]一种基于永磁直线电机的重力储能装置及控制方法

说明书

本发明属于重力储能技术领域，提供了基于永磁直线电机的重力储能装置及控制方法。其中当装置运行在发电状态时，控制器根据接收到动子的速度和位置及永磁直线电机的电枢电压信号进行三闭环控制，经过加速下降、匀速下降和减速制动三个过程，重力势能经过永磁直线电机变成电能，然后经电力电子变换器输送到电网或其他储能设备；当装置运行在储能状态时，控制器根据接收到的动子的速度和位置及永磁直线电机的电枢电流信号进行三闭环控制，经过加速上升、匀速上升和减速制动三个过程，使得电能通过电力电子变换器从电网或其他储能设备输送到永磁直线电机，然后经永磁直线电机转化为重力势能进行储存。

技术领域

本发明属于重力储能技术领域，尤其涉及一种基于永磁直线电机的重力储能装置及控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

太阳能、风能等新能源发电系统发电功率受自然条件所限，具有随机、不稳定性。为了能够尽可能充分利用这些新能源发电量，解决高比例可再生能源电网安全稳定运行的问题，发展各种储能技术愈发重要。电池储能虽然具有效率高、调节性能好等优点，但受制于电池高昂的成本、较短的运行寿命、随着运行时间增加而不断衰减的储能量、电池制造中会带来污染、运行中偏低的安全性等问题，不适合大规模储能。此外淡水抽水蓄能电站受自然环境、气候条件、地形地貌等限制，选址日益困难。而海水抽水蓄能电站工程复杂，海水腐蚀、海洋生物附着会破坏设备，影响电站性能，海水还会污染陆地土壤和地下水，因此需要严格的工程防护和评估检查。

基于构筑物高度差的重力储能装置选址灵活、环保、易于集成化和规模化，储能容量不会衰减，越发受到青睐。目前利用重力储能的结构方案包括：利用起重机将混凝土块堆叠成塔的结构，利用混凝土块的吊起和吊落进行储能和发电；利用行吊和承重墙堆叠重物的方案等。但是发明人发现，目前这些重力储能方案都使用旋转电机，配合滑轮组，导致整个储能系统结构复杂、效率不高、控制精度低，同时对于储能系统的电机部分介绍简略，没有说明电机的具体控制方法。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于永磁直线电机的重力储能装置及控制方法，其能够提高储能效率，降低结构复杂度，提高控制精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一个方面提供了一种基于永磁直线电机的重力储能装置，其包括重物块、永磁直线电机、框架机构和控制器，其中：

永磁直线电机的定子排列在用来支撑重力储能装置的框架机构上，永磁直线电机的永磁体和电枢绕组均安装在动子上，动子空载或动子下方挂载一个或多个重物块，永磁直线电机的动子空载或所述控制器用于控制永磁直线电机的动子挂载在框架机构内竖直上下运动，以实现储能和发电。

作为一种实施方式，永磁直线电机的动子上还安装有制动器和测量及通信模块；

制动器用于对动子和重物块进行制动和位置固定；

测量及通信模块用于检测动子的位置和速度、永磁直线电机的电枢电流和电压以及蓄电池的剩余电能信号并传递至控制器，并接受控制器对制动器的控制信号。

作为一种实施方式，所述测量及通信模块包括蓄电池、无线通讯器、速度传感器、位置传感器、电流传感器和电压传感器；所述位置传感器和速度传感器分别用来检测动子的位置和速度，电流传感器和电压传感器分别用来检测永磁直线电机的电枢电流和电压；所述无线通讯器用于将速度传感器、位置传感器、电流传感器和电压传感器的检测信号和蓄电池的剩余电能信号传递给控制器，并接受控制器对制动器的控制信号。

作为一种实施方式，所述永磁直线电机外侧竖直安装有竖直线缆，所述竖直线缆与框架机构等高，竖直线缆底部和电力电子变换器相连，永磁直线电机电枢绕组通过电刷和竖直线缆相连，电枢绕组经电刷、竖直线缆、电力电子变换器和电网或其他储能设备形成通路。