[发明专利]一种磁悬浮储能飞轮阵列对充对放电控制策略

摘要

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。

主权项

1.一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(1)、交流熔断器(2)、交流空开(3)、PLC控制器(4)、网侧变流器(5)、飞轮储能变流器(6)、电机(7)、飞轮转子(8)及磁轴承(9)。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。第五步，PCS1和PCS2接收到飞轮阵列1和2回传的四组转速设定值和实际测量值后，通过CAN总线同步给四台飞轮发送“充电控制”命令。第六步，飞轮阵列1和2的四台飞轮分别接收到“充电控制”命令后，即从当前转速向设定的转速值升速，同时回传转速的实时测量值。待飞轮阵列1两台飞轮升速至9000转，飞轮阵列2两台飞轮升速至4000转后，即完成飞轮阵列的预充模式，此后四台飞轮处于待机保持模式。保持模式：飞轮阵列1和2完成预充模式后，分别在设定转速以较小电流稳速运行，或者阵列放电结束后，飞轮同样处于稳速保持模式。对拖模式：第一步，飞轮阵列1的两台飞轮分别处于9000转稳速旋转(保持模式)，飞轮阵列2的两台飞轮分别处于4000转稳速旋转(保持模式)。第二步，PLC控制器通过以太网总线分别给PCS1和PCS2发送“对拖”控制命令，以太网总线通过不同的TCP/IP地址区分PCS的站地址。第三步，PCS1接收到“对拖”控制命令后，会自动将PCS1的直流母线电压降低至600VDC，同时通过CAN总线分别给飞轮1和飞轮2发送“放电控制”命令，CAN总线通过不同的ID号区分飞轮的站地址。第四步，飞轮阵列1的直流母线电压降低至600VDC后，飞轮1和飞轮2检测到母线电压降低至放电阈值后(放电阈值610VDC)，自动进入放电模式，同时由飞轮阵列1的两台飞轮1和2进行稳压(设定值为610VDC)。进入放电模式后，飞轮1和2能量由飞轮流向市电电网，放电功率取决于PCS设定的最大功率。另一方面，当飞轮1和飞轮2接收到PCS1发送的“放电”控制命令后，也同步进入到放电模式。通过降低直流母线电压或者CAN通信控制命令发送，飞轮阵列1均可进入到放电模式，取决于两者的变化速率。第五步，当飞轮阵列1中的两台飞轮分别以设定功率进行放电时，两台飞轮转速不断下降，直至4000转后自动稳速运行，进入保持模式。飞轮阵列1转速进入4000转后，会通过CAN总线给PCS1发送“放电结束”状态，PCS1自动将直流母线电压抬高至630VDC，此时对拖控制中的阵列1放电过程结束。第三步续，PCS2接收到“对拖”控制命令后，会自动通过CAN总线将飞轮阵列2的两台飞轮转速设定值设置为9000转，同时保证直流母线电压650VDC不变。第四步续，飞轮阵列2的两台飞轮即飞轮3和飞轮4接收到PCS2发送的9000转设定值后，自动由保持模式进入恒功率充电模式，充电功率取决于飞轮的最大输出功率。进入充电模式后，飞轮阵列1释放的能量即经过市电电网后流入飞轮阵列2进行存储。飞轮阵列1的放电功率与飞轮阵列2的充电功率是基本一致的。第五步续，当飞轮阵列2中的两台飞轮分别以设定功率进行充电时，两台飞轮转速不断上升，直至9000转后自动稳速运行，进入保持模式。飞轮阵列2转速进入9000转后，会通过CAN总线给PCS2发送“充电结束”状态，此时对拖控制中的阵列2充电过程结束。以上对拖实验，飞轮阵列1的放电过程与飞轮阵列2的充电过程同步进行，可保证能量在两组阵列中进行流动，此时电网不参与能量回馈。反对拖模式：完成对拖模式后，飞轮阵列1两台飞轮(飞轮1和飞轮2)处于4000转稳速旋转，飞轮阵列2两台飞轮(飞轮3和飞轮4)处于9000转稳速旋转，反对拖模式的充放电过程与对拖模式类似。PLC控制器通过以太网总线分别给PCS1和PCS2发送“反对拖”控制命令后，飞轮阵列1以恒功率充电至9000转，飞轮阵列2以恒功率放电至4000转，之后两组阵列处于保持模式，具体过程同上。