CN102780230B - 一种多飞轮储能单元并联的飞轮阵列储能系统 - Google Patents

Abstract

一种多飞轮储能单元并联的飞轮阵列储能系统,由公共交流母线、并网静态开关、飞轮阵列控制器以及至少两个以上的飞轮储能单元及其单元控制器组成。每个飞轮储能单元的内部结构和参数特性完全一致。以电流源的方式并入公共交流母线，且并入的单元数量可随意增减。本发明飞轮阵列储能系统采用层级控制模式，作为上层控制器的飞轮阵列控制器计算维持交流电网功率平衡所需的功率，并利用协调控制算法将该功率分配至每一个飞轮储能单元控制器；作为下层控制器的单元控制器根据得到的功率指令，利用飞轮储能单元控制方法控制电网侧功率变换电路、飞轮电机侧功率变换电路和永磁同步电机向交流电网吸收或者释放功率。

Description

一种多飞轮储能单元并联的飞轮阵列储能系统

技术领域

本发明涉及一种面向交流电网或分布式微网的大功率飞轮阵列储能系统。

背景技术

飞轮储能是一种将电能以机械能形式储存在高速旋转的飞轮转子中的储能技术，一般由飞轮转子、支撑轴承、电机、保护外壳以及电力变换电路构成。根据飞轮转子的工作转速可以将其分为高速飞轮储能系统与低速飞轮储能系统，前者使用复合材料转子和磁悬浮轴承，工作转速在几万转/分；后者使用金属材料转子和机械轴承，工作转速一般为几千转/分。根据国内外飞轮储能技术领域的相关资料显示，独立飞轮储能系统的额定输出功率最大可达225kW(400VAC)，此类独立系统主要用于应急电源、航天卫星以及电动汽车等。

风力和光伏发电等间歇式可再生能源的大量并网发电，对交流电网或者分布式微网的稳定性和可靠性产生较大的负面影响，会极大限制可再生能源的并网渗透率。通过合理配置和控制功率型储能系统，可提高电网在间歇式能源扰动作用下的动态性能和应对动态冲击的能力,实现其在电网中容量可信度的提高。与传统化学电池储能相比，飞轮储能技术具有无污染、充放电循环次数无限制、能量转换效率高等优点，用于平抑新能源的功率波动比较适合。但是，独立的飞轮储能单元容量有限，而且受转子材料、以及整机制造成本的约束，能够满足交流电网功率需求的大容量飞轮储能单元的研制成本非常高。中国的发明专利200910219473公开了一种兆瓦级飞轮储能装置,其十米直径的飞轮转子对于气浮或者液浮轴承的要求太高，不易实现，并且兆瓦级电机的成本高昂、体积巨大，将大幅降低飞轮储能系统的功率密度。因此，应对MW级别的电网功率需求，可采取将特定功率等级的飞轮储能单元并联，构建大容量的飞轮阵列储能系统。通过优化设计飞轮储能单元的容量，实现模块化生产，达到降低系统成本的目的。

美国专利US8008804B2公开了一种用于交流电网调频的飞轮储能系统及其实现方法，该系统含有多个飞轮储能单元，所有单元同时并联在一条直流母线上，再经由一个固定容量的并网逆变器转换成交流并入电网。该系统的容量受到并网逆变器的限制，无法在系统内部自由添加新的飞轮储能单元，系统的扩展性不强。

综上所述，由于可再生能源将大量并入电网，从而需要在电网中配置储能设备，因此仍需研发一种能直接并入交流电网或分布式微网的大功率飞轮阵列储能系统,拓展飞轮储能技术的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有飞轮储能技术的不足，提供一种能够直接并入交流电网的飞轮阵列储能系统。

本发明所采用的技术方案是：将内部结构和参数特性完全相同的多个飞轮储能单元并联在同一条交流母线上,构成一个飞轮阵列储能系统,所述的飞轮阵列储能系统通过其内部的一个并网静态开关实现并入交流电网的功能。本发明通过采取合理的控制方法，可以完成该飞轮阵列储能系统与交流电网之间的能量交换，确保电网在可再生能源扰动作用下的功率平衡，维持交流电网系统的稳定和可靠性。

本发明所述的飞轮阵列储能系统由一条公共交流母线，一个并网静态开关，一个飞轮阵列控制器以及两个以上的飞轮储能单元及其单元控制器组成。其中,各个飞轮储能单元的交流侧引出端并联于公共交流母线上,公共交流母线经由并网静态开关再与交流电网连接。飞轮阵列储能系统通过控制并网静态开关实现并入或者脱离交流电网的功能。飞轮阵列控制器通过通信控制信号线与各个单元控制器连接，并利用工业以太网协议完成飞轮阵列控制器与各个飞轮储能单元的单元控制器之间，以及各个飞轮储能单元的单元控制器之间的信号传输。

所述的飞轮储能单元的数量可根据交流电网所需配置储能的容量确定。飞轮阵列储能系统内部含有一条公共交流母线，所有飞轮储能单元的交流侧引出端均并联在这条交流母线上，并联的飞轮储能单元数量可以增加和减少，从而增强了飞轮阵列储能系统的灵活性和适应性。所述的公共交流母线经过一个受控的并网静态开关接入交流电网。如果交流电网和飞轮阵列储能系统均处于正常状态，并网静态开关闭合，飞轮阵列储能系统以电流源的形式并入交流电网，实现吸收或者释放功率的功能；如果交流电网和飞轮阵列储能系统二者中任何一方出现故障情况，则并网静态开关断开，确保正常运行的系统不受影响。此时，飞轮阵列储能系统处于离网状态，必须将系统内剩余的能量通过飞轮储能单元内部的制动单元释放完毕，才可以再次并网。

所述的飞轮储能单元由LCL滤波器、电网侧双向功率变换电路、飞轮电机侧双向功率变换电路、制动单元、永磁同步电机、支撑轴承以及飞轮转子组成。其中，LCL滤波器的一侧与交流电网连接，LCL滤波器的另一侧与电网侧双向功率变换电路的交流侧引出端连接。电网侧双向功率变换电路的直流侧引出端与飞轮电机侧双向功率变换器的直流侧引出端连接，飞轮电机侧双向功率变换器的交流侧的三个引出端分别与永磁同步电机的A相、B相和C相线连接。永磁同步电机与飞轮转子同轴连接并安装于支撑轴承上。飞轮储能单元在并入交流电网情况下的正常工作模式有三种：充电、待机和放电。如果飞轮储能单元工作于充电模式,则由交流电网经过电网侧双向功率变换器的整流功能向飞轮储能单元内部的直流母线提供能量，然后再由飞轮电机侧双向功率变换电路将直流逆变成交流供给与飞轮转子同轴安装的永磁同步电机，驱动飞轮转子加速至给定转速，将电能转化为机械能，实现吸收功率的功能；如果飞轮储能单元工作于待机模式，则交流电网不与飞轮储能单元发生功率交换；当飞轮储能单元工作于放电模式，则由飞轮电机侧双向功率变换电路将永磁同步电机发出的交流电整流成直流，向单元内部的直流母线提供能量，再由电网侧双向功率变换电路将单元内部的直流母线逆变成交流，通过LCL滤波器和并网静态开关送入交流电网。多飞轮储能单元并联的飞轮阵列储能系统以电流源形式向交流电网释放功率,将机械能转化为电能。

所述的飞轮阵列储能系统采用层级控制模式，所述的阵列控制器为上层控制器，各个单元控制器为下层控制器。由阵列控制器垂直向下控制每一个单元控制器。具体实现方法为:阵列控制器可以由支持工业以太网协议的工控机和显示设备组成，阵列控制器利用一种协调控制算法，将维持交流电网功率平衡所需的功率需求合理分配至每一个单元控制器。所述的单元控制器利用一种飞轮储能单元控制方法，同时控制电网侧双向功率变换电路以及飞轮电机侧双向功率变换电路，驱动永磁同步电机向交流电网吸收或者释放功率。所述的协调控制算法可以根据各个飞轮储能单元的储能状态以及交流电网所需的功率，随时调整参与能量交换的飞轮储能单元数量，确保飞轮阵列储能系统运行在较优状态。阵列控制器和各个单元控制器之间的指令传输经由工业以太网实现，保证功率指令和单元状态准确迅速的在上层与下层控制器间传输。

所述的并网静态开关由飞轮阵列控制器控制，当飞轮阵列储能系统满足并网条件，则阵列控制器向并网静态开关发出闭合指令；当交流电网或者飞轮阵列储能系统自身发生故障，不再满足并网条件，则飞轮阵列控制器向并网静态开关发出断开指令。

本发明与现有技术相比，克服了大功率飞轮储能单元的加工成本过高的不足，将模块化的飞轮储能单元并联连接，组成能够满足交流电网应用需求的飞轮阵列储能系统。此外，与传统的面向交流电网应用的飞轮储能系统不同，本发明提供的飞轮阵列储能系统，采用交流母线并联的结构，从交流侧并入交流电网，而且飞轮阵列储能系统内部的飞轮储能单元并联的数量可以随意增加和减少，提高了储能系统的灵活性和适应性。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

图1本发明飞轮阵列储能系统的一个具体实施例；

图2本发明飞轮储能单元的一个具体实施例；

图3本发明飞轮阵列控制器的控制流程图；

图4本发明单元控制器的控制流程图。

具体实施方式

图1所示为本发明飞轮阵列储能系统的原理一个具体实施例。如图1所示，一种能够直接并入交流电网100的飞轮阵列储能系统105由一条公共交流母线200，一个并网静态开关104，以及两个以上的飞轮储能单元及其单元控制器组成。其中,公共交流母线200由A相200a、B相200b、C相200c组成，每个飞轮储能单元以并联的方式接入公共交流母线200。因此，每个飞轮储能单元的三个交流侧引出端分别与公共交流母线200的A相200a、B相200b、C相200c连接。例如第一飞轮储能单元300的交流侧第一引出端411与公共交流母线200的A相200a连接，第二引出端412与公共交流母线200的B相200b连接，第三引出端413与公共交流母线200的C相200c连接；第二飞轮储能单元310的交流侧第一引出端421与公共交流母线200的A相200a连接，第二引出端422与公共交流母线200的B相200b连接，第三引出端423与公共交流母线200的C相200c连接；……；第N飞轮储能单元320，N≥2，的交流侧第一引出端431、第二引出端432、第三引出端433分别与公共交流母线200的A相200a、B相200b、C相200c连接。并联接入飞轮阵列储能系统105的公共交流母线200的飞轮储能单元，其数量可以根据飞轮阵列储能系统105所设计的容量决定，飞轮储能单元的数量可以根据交流电网100的需要随意增加或者减少，灵活性较强。

公共交流母线200的三相接线分别与并网静态开关104的三个单相开关连接，而并网静态开关104再与交流电网100连接。即，公共交流母线200的A相200a与并网静态开关104的A相回路开关104a连接，B相200b与并网静态开关104的B相回路开关104b连接，C相200c与并网静态开关104的C相回路开关104c连接。并网静态开关104的A相回路开关104a再与交流电网100的A相101连接，B相回路开关104b再与交流电网100的B相102连接,C相回路开关104c再与交流电网100的C相103连接。飞轮阵列储能系统105通过控制并网静态开关104实现并入或者脱离交流电网100的功能。并网静态开关104可以由晶闸管或者可控硅构成，起到并网开关的作用，通过通信控制信号线504接收飞轮阵列控制器400的控制指令。当飞轮阵列储能系统105和交流电网100均正常工作，则并网静态开关104在飞轮阵列控制器400的控制下闭合，公共交流母线200的A相200a、B相200b、C相200c分别与交流电网100的A相101、B相102、C相103连接。飞轮阵列储能系统105以电流源形式并入交流电网100，公共交流母线电压200的相电压与交流电网100的相电压幅值和频率保持一致，均为220V，50Hz。如果飞轮阵列储能系统105或者交流电网100出现故障，则并网静态开关104断开，确保正常设备和系统不受影响。当并网静态开关104断开，飞轮阵列储能系统105处于离网状态，需要迅速停机。

飞轮阵列控制器400通过通信控制信号线与各个单元控制器连接，并利用工业以太网协议完成控制器之间的信号传输。例如，第一单元控制器401通过通信控制信号线501与飞轮阵列控制器400连接，第二单元控制器402通过通信控制信号线502与飞轮阵列控制器400连接，……，第N单元控制器403，N≥2，通过通信控制信号线503与飞轮阵列控制器400连接。

飞轮阵列储能系统105的控制系统采用层级控制模式，飞轮阵列控制器400作为上层控制器，能够收集并显示飞轮阵列储能系统105内部各个飞轮储能单元的状态信息，例如电压、电流、转子转速、温度、以及各单元的剩余能量。飞轮阵列控制器400还负责将交流电网100的功率需求分配至每一个单元控制器，例如第一单元控制器401、第二单元控制器402，……，第N单元控制器403，N≥2，功率分配的依据是一种协调控制算法，按照各个飞轮储能单元的运行状态，计算每个单元所应承担的功率，能够保证飞轮阵列储能系统105运行损耗较小，能量转换效率较优。各个单元控制器作为下层控制器，例如第一单元控制器401、第二单元控制器402，……，第N单元控制器403，N≥2，接收到飞轮阵列控制器400的功率指令，利用一种飞轮储能单元控制方法，控制各飞轮储能单元内部的电网侧双向功率变换电路以及飞轮电机侧双向功率变换电路，完成功率的吸收或者释放。

飞轮阵列控制器400可以由高性能工控机与显示设备构成。各单元控制器可由数字信号处理器DSP及其外围电路构成，完成控制功率变换电路的任务。飞轮阵列控制器400与各个单元控制器之间的指令传输是通过工业以太网协议实现的，可以是profinet或者profibus。作为上层控制器的飞轮阵列控制器400通过通信控制信号线与各个单元控制器连接，可以是专用工业以太网数据线，也可以是普通网线。例如第一单元控制器401通过通信控制信号线501与飞轮阵列控制器400连接，第二单元控制器402通过通信控制信号线502与飞轮阵列控制器400连接，……，第N单元控制器403通过通信控制信号线503与飞轮阵列控制器400连接。并网静态开关104由飞轮阵列控制器400直接控制，二者之间通过通信控制信号线504连接。

图2所示为本发明飞轮储能单元的一个具体实施例。构成飞轮阵列储能系统105的飞轮储能单元分别是第一飞轮储能单元300，第二飞轮储能单元310，……，和第N飞轮储能单元320，N≥2。每个飞轮储能单元的内部结构和参数特性完全相同，以第一飞轮储能单元300为例进行说明。第一飞轮储能单元300由LCL滤波器410、电网侧双向功率变换电路417、飞轮电机侧双向功率变换电路425、制动单元420、永磁同步电机429、支撑轴承430以及飞轮转子431组成。电网侧双向功率变换电路417和飞轮电机侧双向功率变换电路425均各自包含直流侧和交流侧引出端，其中电网侧双向功率变换电路417的交流侧第一引出端414与LCL滤波器410的三相输入端中的第一引出端432连接、电网侧双向功率变换电路417的交流侧第二引出端415与LCL滤波器410的三相输入端中的第二引出端433连接、电网侧双向功率变换电路417的交流侧第三引出端416与LCL滤波器410的三相输入端中的第三引出端434连接；LCL滤波器(410)的三相输出端中的第一引出端(411)作为第一飞轮储能单元(300)的交流侧第一引出端；LCL滤波器(410)的三相输出端中的第二引出端(412)作为第一飞轮储能单元(300)的交流侧第二引出端；LCL滤波器(410)的三相输出端中的第三引出端(413)作为第一飞轮储能单元(300)的交流侧第三引出端。电网侧双向功率变换电路417的直流侧第一引出端418和第二引出端419分别与飞轮电机侧双向功率变换电路425的直流侧第一引出端423和第二引出端424连接。飞轮电机侧双向功率变换电路425的交流侧第一引出端426、第二引出端427和第三引出端428分别与永磁同步电机429的A相、B相和C相连接。永磁同步电机302与飞轮转子431同轴连接并安装于支撑轴承430上。制动单元420的第一引出端421和第二引出端422分别与飞轮电机侧双向功率变换电路425的直流侧第一引出端423和第二引出端424连接。

电网侧双向功率变换电路417和飞轮电机侧双向功率变换电路425是第一飞轮储能单元300的能量转换接口，均可实现功率的双向流动。如果第一飞轮储能单元300处于充电状态，即第一飞轮储能单元300吸收来自于交流电网100的功率时，电网侧双向功率变换电路417工作于整流模式，在第一单元控制器401的控制下，将交流电压整流成直流，在电网侧双向功率变换电路417的直流侧输出；飞轮电机侧双向功率变换电路425则在第一单元控制器401的控制下，将直流电压逆变成交流，驱动永磁同步电机429加速，结合支撑轴承430的作用，永磁同步电机429带动飞轮转子431加速，将电能以机械能形式储存。如果第一飞轮储能单元300处于放电状态，即第一飞轮储能单元300向交流电网100释放功率时，飞轮电机侧双向功率变换电路425工作于整流模式，在第一单元控制器401的控制下，将永磁同步电机302发出的交流电压整流成直流，在飞轮电机侧双向功率变换电路425的直流侧输出；电网侧双向功率变换电路417则在第一单元控制器401的控制下，将直流电压逆变成交流，通过LCL滤波器410并入飞轮阵列储能系统105内部的公共交流母线200，将飞轮转子431中储存的机械能转化为电能。

制动单元420受第一单元控制器410的控制，当飞轮阵列储能系统105与交流电网100正常连接，处于并网状态时，制动单元420不发挥任何作用；当飞轮阵列储能系统105与交流电网100脱离，处于离网状态时，制动单元420并入第一飞轮储能单元300内部的直流母线，第一飞轮储能单元300内部剩余的能量均通过制动单元420以热能的形式耗散。

图3所示为飞轮阵列控制器400采用的阵列控制方法的流程图。当飞轮阵列储能系统105接通电源开始运行，则飞轮阵列控制器400进入步骤600，开始启动。首先，在步骤601巡检各单元控制器状态，利用工业以太网通讯协议，采集各个飞轮储能单元的状态信息,并检测交流电网100的状态。在步骤602判断交流电网和各单元状态是否正常。如果交流电网100存在短路故障或者状态非正常的飞轮储能单元数量超过允许值，则进入步骤609发出故障报警信号，飞轮阵列储能系统105此时仍处于停机状态。飞轮阵列控制器400重新回到步骤601执行程序；如果交流电网100与各个飞轮储能单元都正常，则进入步骤603控制并网静态开关104闭合，飞轮阵列控制器400向并网静态开关104发出闭合指令，使得飞轮阵列储能系统105可以与交流电网100发生能量交换。然后，在步骤604向各飞轮储能单元控制器发送吸收功率指令，意图让每个飞轮储能单元从交流电网100吸收能量，表现为飞轮转子的速度增加，并保持在某一设定值，此时，飞轮阵列储能系统105完全进入正常待机状态，随时可以向交流电网100吸收或者释放功率。飞轮阵列控制器400在步骤605检测交流电网100和各个飞轮储能单元的状态是否正常，如果是，则飞轮阵列控制器400进入步骤705，计算飞轮阵列储能系统105所需要向交流电网100吸收或者释放的功率，并依据一种协调控制算法将此功率合理分配给各个单元控制器。当功率指令下发完毕后，飞轮阵列控制器400的控制程序重新回到步骤605检测交流电网100和各个飞轮储能单元的状态，并进行下一次功率分配的任务。如果二者有任何故障，则飞轮阵列控制器400进入步骤607控制并网静态开关104迅速断开，确保正常的设备或系统不受影响。发生故障事件后，飞轮阵列储能系统105必须停机再重新启动，等待合适的并网机会。因此，飞轮阵列控制器400接着进入步骤608向各个飞轮储能单元控制器发送停机指令，并在步骤609发出故障报警信号，然后飞轮阵列控制器400重新返回系统初始状态，在步骤601巡检个飞轮储能单元控制器的状态。

图4所示为各个飞轮储能单元控制器，例如第一单元控制器401，第二单元控制器402，……，第N单元控制器403，N≥2，所采用的飞轮储能单元控制方法的流程图。由于各个单元控制器软硬件参数完全一样，因此，此处仅描述飞轮储能单元控制方法运行在第一单元控制器401中的各个步骤，飞轮储能单元控制方法运行在其余单元控制器的步骤与此相同。首先，第一单元控制器401进入步骤700启动，在步骤701采集电网侧双向功率变换电路417、飞轮电机双向功率变换电路425以及永磁同步电机429的状态信息，并在后续步骤702向阵列控制器400发送该状态信息。然后，第一单元控制器401进入步骤703检测是否收到飞轮阵列控制器400的吸收功率的指令，如果没有，则重新回到步骤701；如果收到指令，则第一单元控制器401进入步骤704，控制电网侧双向功率变换电路417和飞轮电机侧双向功率变换电路425，使永磁同步电机429加速至工作转速。此时，第一飞轮储能单元300已经完成启动过程，进入待机状态，随时可以与交流电网100交换能量。第一单元控制器401在步骤705接收阵列控制器400的功率指令，然后在步骤706利用矢量控制算法控制第一飞轮储能单元300向交流电网100吸收或者释放功率。步骤707,第一单元控制器401利用各种传感器的信息判断第一飞轮储能单元300的电压、电流以及转速是否正常，如果均正常，并且第一单元控制器401在后续的步骤708没有收到飞轮阵列控制器400发出的停机指令，则第一单元控制器401返回步骤705接收阵列控制器400的下一个功率指令。如果第一单元控制器401在步骤707检测到第一飞轮储能单元300的电压、电流以及转速不正常，或者在后续的步骤708接收到飞轮阵列控制器400发出的停机指令，则运行程序跳转至步骤709，控制电网侧双向功率变换电路417和飞轮电机侧双向功率变换电路425停止输出。然后在步骤711控制制动单元420并入第一飞轮储能单元300内部的直流母线，将第一飞轮储能单元300内部剩余的能量通过制动单元420以热能的形式耗散，第一飞轮储能单元300逐渐进入停机状态。最后，第一单元控制器401在步骤710发出故障报警信号，并重新回到步骤701采集第一飞轮储能单元300中电网侧双向功率变换电路417、飞轮电机双向功率变换电路425以及永磁同步电机429的状态信息，等待所有部件状态正常后，第一飞轮储能单元300才可以进行下一次吸收或者释放功率的任务。

Claims (2)

1.一种多飞轮储能单元并联的飞轮阵列储能系统,所述的飞轮阵列储能系统(105)由一条公共交流母线(200)，一个并网静态开关(104)，一个飞轮阵列控制器(400)，以及两个以上的飞轮储能单元及其单元控制器组成；所述的飞轮储能单元的数量根据交流电网所需配置储能的容量确定；所述的飞轮储能单元均包含三个交流侧引出端；所述公共交流母线(200)由A相(200a)、B相(200b)和C相(200c)组成，每个飞轮储能单元的交流侧第一引出端与公共交流母线(200)的A相(200a)连接，飞轮储能单元的交流侧第二引出端与公共交流母线(200)的B相(200b)连接，飞轮储能单元的交流侧第三引出端与公共交流母线(200)的C相(200c)连接；所述的并网静态开关(104)由A相回路开关(104a)、B相回路开关(104b)和C相回路开关(104c)组成；公共交流母线(200)的A相(200a)经过并网静态开关(104)的A相回路开关(104a)接入交流电网(100)的A相(101)，公共交流母线(200)的B相(200b)经过并网静态开关(104)的B相回路开关(104b)接入交流电网(100)的B相(102)，公共交流母线(200)的C相(200c)经过并网静态开关(104)的C相回路开关(104c)接入交流电网(100)的C相(103)；所述的飞轮阵列控制器(400)通过通信控制信号线与各个飞轮储能单元的单元控制器连接，并利用工业以太网协议完成飞轮阵列控制器(400)与各个飞轮储能单元的单元控制器之间，以及各个飞轮储能单元的单元控制器之间的信号传输；

所述的飞轮储能单元由LCL滤波器(410)、电网侧双向功率变换电路(417)、飞轮电机侧双向功率变换电路(425)、制动单元(420)、永磁同步电机(429)、支撑轴承(430)，以及飞轮转子(431)组成；所述的电网侧双向功率变换电路(417)和飞轮电机侧双向功率变换电路(425)均各自包含直流侧和交流侧引出端，电网侧双向功率变换电路(417)的交流侧第一引出端(414)与LCL滤波器(410)的三相输入端中的第一引出端(432)连接，电网侧双向功率变换电路(417)的交流侧第二引出端(415)与LCL滤波器(410)的三相输入端中的第二引出端(433)连接，电网侧双向功率变换电路(417)的交流侧第三引出端(416)与LCL滤波器(410)的三相输入端中的第三引出端(434)连接；LCL滤波器(410)的三相输出端中的第一引出端(411)作为该飞轮储能单元(300)的交流侧第一引出端；LCL滤波器(410)的三相输出端中的第二引出端(412)作为该飞轮储能单元(300)的交流侧第二引出端；LCL滤波器(410)的三相输出端中的第三引出端(413)作为该飞轮储能单元(300)的交流侧第三引出端；电网侧双向功率变换电路(417)的直流侧第一引出端(418)和飞轮电机侧双向功率变换电路(425)的直流侧第一引出端(423)连接，电网侧双向功率变换电路(417)的直流侧第二引出端(419)与飞轮电机侧双向功率变换电路(425)的直流侧第二引出端(424)连接；飞轮电机侧双向功率变换电路(425)的交流侧第一引出端(426)与永磁同步电机(429)的A相连接，飞轮电机侧双向功率变换电路(425)的交流侧第二引出端(427)和永磁同步电机(429)的B相连接，飞轮电机侧双向功率变换电路(425)的交流侧第三引出端(428)与永磁同步电机(429)的C相连接；永磁同步电机(302)与飞轮转子(431)同轴连接并安装于支撑轴承(430)上；制动单元(420)的第一引出端(421)与飞轮电机侧双向功率变换电路(425)的直流侧第一引出端(423)连接，制动单元(420)的第二引出端(422)与飞轮电机侧双向功率变换电路(425)的直流侧第二引出端(424)连接；

所述的制动单元(420)受飞轮储能单元的单元控制器(401)的控制；在飞轮阵列储能系统(105)运行时，如果并网静态开关(104)闭合，则制动单元(420)不发挥作用；如果并网静态开关(104)断开，则飞轮储能单元的单元控制器(401)启用制动单元(420)将飞轮储能单元(300)内部剩余的能量以热能形式释放；

以所述的飞轮阵列控制器(400)作为飞轮阵列储能系统(105)的上层控制器，各个飞轮储能单元的单元控制器作为下层控制器，采用层级控制模式；其中，飞轮阵列控制器(400)采用阵列控制方法对飞轮阵列储能系统(105)进行控制,各个单元控制器包括第一单元控制器(401)、第二单元控制器(402)，……，第N单元控制器(403)，N≥2，采用飞轮储能单元控制方法，控制飞轮储能单元向交流电网(100)吸收或者释放功率；其特征在于，所述的飞轮阵列控制器(400)对飞轮阵列储能系统(105)的控制步骤为：

步骤601，飞轮阵列控制器(400)通过工业以太网协议，巡检各个单元控制器的状态，采集各个飞轮储能单元以及交流电网(100)的状态信息；步骤602，判断交流电网(100)以及各个飞轮储能单元的状态是否正常，如果不正常，则进入步骤(609)发出故障报警信号，然后回到步骤601继续执行；如果交流电网(100)以及各个飞轮储能单元的状态均正常，则进入步骤603，飞轮阵列控制器(400)控制并网静态开关(104)闭合，

飞轮阵列储能系统(105)并入交流电网(100)；步骤604，飞轮阵列控制器(400)向各个单元控制器发送吸收功率的指令，使各个飞轮储能单元完成由静止加速至工作转速的过程；步骤605，飞轮阵列控制器(400)再次判断交流电网(100)和各个飞轮储能单元的状态，如果均正常，则进入步骤606，计算飞轮阵列储能系统(105)需要向交流电网(100)吸收或者释放的总功率，并使用协调控制算法将其分配至各个单元控制器；

之后控制程序返回步骤605循环执行；如果交流电网(100)或飞轮储能单元出现故障，则进入步骤607，控制并网静态开关(104)断开；在步骤608，飞轮阵列控制器(400)向各个单元控制器发送停机指令；然后进入步骤609，发出故障报警信号，最后控制程序回到步骤601重新执行。

2.根据权利要求1所述的一种多飞轮储能单元并联的飞轮阵列储能系统，其特征在于，各个单元控制器控制飞轮储能单元向交流电网(100)吸收或者释放功率；所述单元控制器(401)对飞轮储能单元(300)的控制步骤为：

步骤701，该单元控制器(401)采集电网侧双向功率变换电路(417)、飞轮电机侧双向功率变换电路(425)和永磁同步电机(429)的状态信息，并在步骤702将状态信息经由工业以太网发送至阵列控制器(400)；然后执行步骤703，该单元控制器(401)判断是否接到飞轮阵列控制器(400)发送的吸收功率的指令，如果没有，则程序返回步骤701循环执行；如果有，则进入步骤704，控制永磁同步电机(429)加速至工作转速；在步骤705，该单元控制器(401)接收阵列控制器(400)所分配的功率指令，按照该指令，执行步骤706，该单元控制器(401)控制飞轮储能单元(300)向交流电网(100)吸收或者释放功率；步骤707，该单元控制器(401)再次判断飞轮储能单元(300)的电压、电流以及转速是否正常，如果正常，并且在步骤708没有收到阵列控制器(400)发出的停机指令，则控制程序返回步骤705循环执行；如果不正常，或者在步骤708收到阵列控制器(400)发出的停机指令，则控制程序运行至步骤709，控制电网侧双向功率变换电路(417)和飞轮电机侧双向功率变换电路(425)停止输出；步骤711，该单元控制器(401)控制制动单元(420)将飞轮储能单元(300)的剩余能量耗尽；步骤710，该单元控制器(401)发出故障报警信号，然后控制程序返回步骤701运行。