[发明专利]一种磁悬浮飞轮储能UPS系统集成应用方法

摘要

一种磁悬浮飞轮储能UPS系统集成应用方法，用于完成飞轮UPS系统的高效率充放电控制，实现电网能量与飞轮储能的无缝切换，保证负载不间断电力供应。该系统结构包括：UPS电力装置、飞轮电池、用电载荷、市电电网、柴电机组以及静态转换开关等。市电通过在线双变换供给负载，同时通过给飞轮电池充电，电能转化为动能存储；市电断电瞬间，飞轮放电动能转化为电能持续给负载供电，并启动柴油发电机；待柴油发电机启动后，静态转换开关切换至柴电机组，负载转由柴油机继续供电，飞轮充电并保护负载；市电恢复后，系统自动转由市电供电，柴油发电机延时停机，飞轮充电并持续保护负载。本发明用于磁悬浮储能飞轮UPS系统的高效率充放电控制。

主权项

一种磁悬浮飞轮储能UPS系统集成应用方法，其特征是：本发明的系统结构包括：UPS电力装置(1)、飞轮电池系统(2)、用电载荷(3)、市电电网(4)、柴电机组(5)、静态转换开关(6)。本方法包含三种工作模式：充电模式、保持模式和放电模式，具体实施步骤如下：充电模式：第一步，静态转换开关与市电电网连接，UPS旁路装置开机，检测市电电压正常后，UPS通过干接点发送“开机正常”指令给飞轮。第二步，飞轮控制系统接收到开机指令后，首先进行主控系统自检，并通过干接点给UPS发送“飞轮正常”指令；若飞轮长时间未发送系统正常指令，UPS发出报警信号，并切断电池管理器。第三步，待飞轮系统正常后，自动开启充电模式：首先断开转速回路，并设定常值加速电流Idref＝IC，给定频率增量Δf，生成电频率值f＝f+Δf，输入到模拟角度单元生成角位置θsim＝θ0+f*T，其中θ0为初始角位置，T为采样周期。同时，令θr＝θsim，电机工作于开环启动状态。第四步，在电机加速过程中，飞轮控制器输出转子角位置和转速的实时估计值当转速估计值大于给定阈值即则断开模拟角度单元并令同时闭合转速回路，电机工作于闭环加速状态。第五步，当电机转速达到设定值nref时，飞轮控制系统向UPS发送充电结束指令，UPS接收到飞轮充电结束指令后，允许用户接入用电载荷。保持模式：当飞轮转速达到设定值后，飞轮电池控制系统以最小电流驱动电机维持当前转速，为用电载荷提供保护。放电模式：第一步，飞轮处于保持模式时，不断监测直流母线电压Vdc，当Vdc∈[Vdown，Vup]，飞轮处于保持工作模式，其中Vdown、Vup分别为设定充电和放电电压阈值。第二步，当市电断开瞬间，UPS检测三相输入电压低于正常值20％时，通过干接点方式给飞轮发送“放电”指令。第三步，飞轮控制系统接收到UPS放电指令后，立即转入发电模式，并维持直流母线电压保持不变；若飞轮未接收到UPS放电指令，同时直流母线电压低于放电电压，飞轮立即转入放电状态，供给并保护用电载荷。第四步，飞轮电池放电的同时，通过总线通讯或干接点方式给柴油发电机组发送“启动发电”信号，此时静态转换开关已由市电电网切换至柴油机组供电状态。第五步，待柴电机组稳定供电后，通过总线通讯或干接点方式给飞轮发送“充电”指令，飞轮重新进入充电模式；若柴电机组未给出充电指令，飞轮电池持续放电，转速低于设定阈值后，飞轮电池告警“电量过低”，并延迟几秒后停止发电，系统恢复初始状态。