CN106253566A - 分离式飞轮阵列储能系统 - Google Patents

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邓仁杰
魏庆
衣富成
项海铭
沙宏磊
俞天野
洪申平
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K7/02—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
    • H02K7/025—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels for power storage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

本发明公开了分离式飞轮阵列储能系统，包括磁性联轴器、飞轮、电机、真空仓、网侧变频器、机侧变频器、直流母线、伺服系统。所述飞轮阵列安装在所述真空仓内，磁悬浮轴承飞轮安装磁性联轴器，电机与机侧变频器连接并且安装在真空仓外，电机安装磁性联轴器，电机安装在伺服系统上，机侧变频器与直流母线连接，直流母线又与网侧变频器连接。按需求，所述伺服系统可以移动所述电机，使电机可以依次与飞轮通过磁性连轴器进行耦合与脱开，完成磁悬浮轴承飞轮的充电与放电。本发明显著减少了电机与变频设备的数量，减少了磁悬浮轴承飞轮储能系统的成本与待机损耗，并解决了电机在真空中散热困难的问题，提高了飞轮储能系统的储能容量。

Description

分离式飞轮阵列储能系统
技术领域
本发明属于风力储能领域，具体涉及分离式飞轮阵列储能系统。
背景技术
飞轮储能是一种可以将一些常规能源及非常规能源转化成飞轮的选择动能，储存起来的一种新型的储能技术，属于机械能范畴。与传统储能技术相比，飞轮储能具有更高的能量密度与能量转换效率，绿色环保，且寿命更长。飞轮储能系统具有两个最关键的指标：(1)储存的总能量，这取决于飞轮的转速、转动惯量和数量；(2)输出功率，这取决于与飞轮连接的电机的功率。这两个指标会因为使用场合的不同，发生很大变化。
现有的飞轮阵列储能系统将每对飞轮与电机作为储能单元，这就意味着如果增加飞轮数量，也要增加相应的数量的电机，难以实现能量和功率的灵活组合。这提高了飞轮储能系统的成本，也限制了飞轮储能系统的储能容量。其次，为提高储能效率，一般将飞轮安装在真空仓内，现有的飞轮阵列储能系统限制了电机也必须随飞轮安装在真空仓内。而电机在真空中散热困难，这会导致电机性能下降或损坏，降低了飞轮储能系统的稳定性与效率。最后，电机的功率很大，必须用电缆引出，真空仓密封较为困难。
发明内容
本发明的目的是通过伺服系统控制起重装置带动电机做轴向运动，实现电机与磁性联轴器的对接和脱离，进而实现电机与飞轮的对接和脱离，从而可以实现电机与飞轮的数量不对等，及电机外置于真空仓。
本发明所采用的技术方案是：
分离式飞轮阵列储能系统，包括：
磁性联轴器,所述磁性联轴器两端分别与飞轮轴和电机轴配合，磁性联轴器与飞轮配合一端位于真空仓内，与电机配合的一端位于真空仓外，磁性联轴器与电机轴可拆装地配合；
飞轮，所述阵列分布的飞轮位于真空仓内，飞轮的轴线与磁性联轴器的轴线重合；
真空仓，所述真空仓对接面上设置有导轨，起重装置活动连接导轨，起重装置设置有可移动的小车，小车设置有滑轨；
电机，所述电机位于真空仓外，电机可移动地连接滑轨，电机的轴线与磁性联轴器的轴线在电机与磁性联轴器装配配合时重合；
伺服系统，所述伺服系统位于真空仓外，伺服系统与电机和起重装置连接。
优选的，所述飞轮的轴线与真空仓的对接面垂直，由于飞轮阵列分布于真空仓内，在飞轮数量一定的情况下，飞轮的轴线与真空仓的对接面垂直，可以保证真空仓的体积最小，既降低制造成本，同时又降低真空仓密封的困难。
优选的，还包括网侧变频器、机侧变频器和直流母线，所述网侧变频器、机侧变频器和直流母线均位于真空仓外，机侧变频器与电机和直流母线连接，直流母线与网侧变频器连接，如此可以实现至少两个机侧变频器与直流母线连接，直流母线又与一个网侧变频器连接，减少了变频系统中网侧变频器的数量，节省制造成本。
本发明具有以下优点及效果：
1、本发明的电机、网侧变频器、机侧变频器、直流母线和伺服系统均外置于真空仓，在缩减真空仓体积的同时，增加电机的散热能力，降低真空仓密封的困难，增加飞轮储能系统的稳定性及效率。
2、本发明的通过设置导轨，在导轨上移动的起重装置，在起重装置上移动的小车，在小车滑轨上移动的电机，及与电机连接的伺服系统，通过伺服电机的控制，实现电机可以从转动的磁性联轴器上脱离及对接。
3、本发明的网侧变频器、机侧变频器和直流母线不再是一一对应的关系，可以减少变频系统的成本。
4、本发明可以根据所需的能量和功率，相对应的配比飞轮与电机的数量，大幅减少制造成本及电机高速运转时候的待机铁损耗，这会显著提高飞轮储能系统的待机时间。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的结构示意图。
标号说明：
网侧变频器1；直流母线2；机侧变频器3；伺服系统4；
电机5；磁性联轴器6；飞轮7；无线输电装置8；
磁悬浮轴承控制箱9；真空仓10。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：如图1所示，本发明包括网侧变频器1、直流母线2、机侧变频器3、伺服系统4、电机5、磁性联轴器6、飞轮7、无线输电装置8、磁悬浮轴承控制箱9和真空仓10，真空仓外，1个网侧变频器1一端连接外部输入端及输出端，网侧变频器1另一端连接直流母线2，直流母线2上连接10个机侧变频器3，每个机侧变频器3连接1个电机5，每个电机5分别位于1个滑轨上，每个滑轨分别位于1个移动小车上，每个小车分别在1个门式起重机的主梁上移动，每个门式起重机的两只腿位于1组平行导轨上，导轨安装在真空仓10对接面上，门式起重机在导轨上移动；真空仓10内，飞轮7组成10×8的矩形阵列，磁悬浮轴承控制箱9和无线输电装置8连接在真空仓10内壁上；磁性联轴器6一侧位于真空仓10内，与飞轮轴同轴连接，另一侧位于真空仓10外，磁性联轴器6之间的真空仓10的仓壁选用碳纤维复合材料或凯夫拉复合材料或玻璃纤维复合材料，磁性联轴器6数量与飞轮7数量一致为80；伺服系统4控制电机和门式起重机。
外界向飞轮7充电时，外界输入电流经网侧变频器1整流通过直流母线2进入机侧变频器3，机侧变频器3将电流逆变输入电机5，伺服系统4控制门式起重机将电机5移至与磁性联轴器6同轴线位置，完成轴系对中，之后调整电机5转速，使得电机5转速与飞轮7转速匹配，伺服系统4轴向移动电机5，磁性联轴器6两端对接，电机5带动飞轮7储存能量，完成后伺服系统4轴向移动电机5，使磁性联轴器6两端脱开，之后伺服系统4移动电机5至其他位置；飞轮7向外界放电时，经过相同步骤，飞轮7带动电机5产生电流，经机侧变频器3整流后通过直流母线2进入网侧变频器1，网侧变频器1将电流逆变后输送给外界。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.分离式飞轮阵列储能系统，其特征在于：包括
磁性联轴器,所述磁性联轴器两端分别与飞轮轴和电机轴配合，磁性联轴器与飞轮配合一端位于真空仓内，与电机配合的一端位于真空仓外，磁性联轴器与电机轴可拆装地配合；
飞轮，所述阵列分布的飞轮位于真空仓内，飞轮的轴线与磁性联轴器的轴线重合；
真空仓，所述真空仓对接面上设置有导轨，起重装置活动连接导轨，起重装置设置有可移动的小车，小车设置有滑轨；
电机，所述电机位于真空仓外，电机可移动地连接滑轨，电机的轴线与磁性联轴器的轴线在电机与磁性联轴器装配配合时重合；
伺服系统，所述伺服系统位于真空仓外，伺服系统与电机和起重装置连接。
2.根据权利要求1所述的分离式飞轮阵列储能系统，其特征在于，所述飞轮的轴线与真空仓的对接面垂直。
3.根据权利要求1至2任一所述的分离式飞轮阵列储能系统，其特征在于，还包括网侧变频器、机侧变频器和直流母线，所述网侧变频器、机侧变频器和直流母线均位于真空仓外，机侧变频器与电机和直流母线连接，直流母线与网侧变频器连接。
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