CN107910980A - 一种飞轮储能器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种飞轮储能器，该储能器包括飞轮(1)和电机系统，该电机系统包括用于在储能过程中驱动飞轮(1)转动以储存电能的电动机(2)，和用于在输出能量过程中受飞轮(1)驱动而输出电能并调整输出电压的发电机(3)。本发明的飞轮储能器的电机系统，充电和放电过程使用两个电机，充电时通过电动机(2)驱动飞轮(1)转动加速储能，放电时飞轮利用其惯性拖动发电机(3)转动发电的同时，通过发电机(3)调整系统的输出电压，使输出电压在一定范围内保持稳定，解决了现有技术中的飞轮储能器的电机系统采用一个电机，充电和放电对电机要求不一致的问题。

Description

一种飞轮储能器
技术领域
本发明涉及能量存储技术领域，具体涉及一种飞轮储能器。
背景技术
作为化学电池和超级电容器的一种替代产品，飞轮储能系统储存电能，具有寿命长、维护量小、高效率和高功率等优点。飞轮储能的原理是依靠电机来实现充放电，依靠旋转的飞轮把电能转换为动能储存起来，充电时电机推动飞轮转动，把电能转换为动能储存起来；放电时飞轮驱动电机，把动能转换为电能释放出去。在飞轮储能器待机时，既不充电也不放电，飞轮储能器会消耗自身一定的能量。为了减小这种能量的消耗，整个系统放置在一个真空的壳体中，由空气阻力引起的能量消耗得到有效的降低。另外，飞轮系统使用磁悬浮轴承或者磁悬浮与机械轴承相结合的混合轴承来降低飞轮的能量损耗。
目前的飞轮储能器的电机系统，充电和放电一般使用一个电机，在不同的情况下，进行充电和放电。这种方式的优点是节省一个电机，从而节省了成本，但是也存在如下缺点：如果放电和充电功率如果相差较大，一个电机总不会同时匹配放电或者充电；放电和充电要求的控制复杂度和侧重点不同，例如，对于飞轮储能器配套UPS来说，充电控制由变频器来完成，逆变器控制电机对飞轮进行加速或者减速，或维持转速；放电时，飞轮依靠惯性驱动电机放电，则不需要复杂的控制，但是飞轮必须考虑放电时大功率的释放；使用一个电机，往往驱动电机和放电电机的配置不能同时达到相应的最优效果。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种飞轮储能器，以解决现有技术中的飞轮储能器的电机系统采用一个电机，驱动电机和放电电机的配置不能同时达到相应的最优效果的问题。
为此，本发明实施例提供了如下技术方案：
本发明实施例提供了一种飞轮储能器，包括飞轮和电机系统，所述电机系统包括：电动机，用于在储能过程中驱动所述飞轮转动以储存动能；发电机，用于在输出能量过程中受所述飞轮驱动而输出电能并调整输出电压。
可选地，所述飞轮储能器还包括：变频器，用于调整所述电动机的电压和频率。
可选地，所述电动机为三相盘式永磁电机。
可选地，所述发电机为三相盘式永磁电机。
可选地，所述飞轮储能器还包括：连接在所述发电机输出端的整流器。
可选地，所述发电机设有多组电子线圈绕组，各组定子线圈绕组的线圈数量不同。
可选地，所述飞轮储能器还包括：第一控制装置，用于根据所述飞轮的转速控制所述发电机接入的定子线圈绕组。
可选地，所述发电机的定子线圈绕组的连接形式包括：三角形接法和星形接法。
可选地，所述飞轮储能器还包括：第二控制装置，用于根据所述飞轮的转速控制所述发电机的定子线圈绕组在三角形接法和星形接法之间切换。
可选地，所述飞轮储能器还包括真空泵，用于减少飞轮高速转动时的空气阻力。
本发明实施例具有如下优点：
本发明实施例提供了一种飞轮储能器，该储能器包括飞轮和电机系统，该电机系统包括用于在储能过程中驱动飞轮转动以储存电能的电动机，和用于在输出能量过程中受飞轮驱动而输出电能并调整输出电压的发电机。本发明的飞轮储能器的电机系统，充电和放电过程使用两个电机，充电时通过电动机驱动飞轮转动加速储能，放电时飞轮利用其惯性拖动发电机转动发电的同时，通过发电机调整系统的输出电压，使输出电压在一定范围内保持稳定，解决了现有技术中的飞轮储能器的电机系统采用一个电机，驱动电机和放电电机的配置不能同时达到相应的最优效果的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的飞轮储能器的示意图；
图2是根据本发明实施例的发电机的示意图；
图3是根据本发明实施例的发电机的定子线圈的一个示意图；
图4是根据本发明实施例的发电机的定子线圈分级的一个示意图；
图5是根据本发明实施例的发电机的定子线圈的另一个示意图；
附图标记：1-飞轮，2-电动机，3-发电机，4-变频器，5-整流器，6-真空泵，7-第一控制装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在本实施例中提供了一种飞轮储能器，图1是根据本发明实施例的飞轮储能器的示意图，如图1所示，该飞轮储能器包括飞轮1、真空泵6和电机系统，该电机系统包括电动机2和发电机3，该电动机2用于在储能过程中驱动飞轮转动以储存动能，发电机3用于在输出能量过程中受飞轮1驱动而输出电能并调整输出电压，真空泵6用于减少飞轮1高速转动时的空气阻力。本发明实施例的飞轮储能器的电机系统，充电和放电过程使用两个电机，充电时通过电动机2驱动飞轮转动加速储能，放电时飞轮利用其惯性拖动发电机3转动发电的同时，通过发电机3调整系统的输出电压，使输出电压在一定范围内保持稳定，解决了现有技术中的飞轮储能器的电机系统采用一个电机，驱动电机和放电电机的配置不能同时达到相应的最优效果的问题。
在一个具体实施方式中，该飞轮储能器还包括变频器4，该变频器4用于调整电动机2的电压和频率，变频器4是可调速驱动系统的一种，是应用变频驱动技术改变交流电动机2工作电压的频率和幅度，来平滑控制交流电动机2的速度及转矩。
具体地，上述电动机2为三相盘式永磁电机，如图2所示，发电机3也为三相盘式永磁电机，或者为由多个单相电机组成的三相电机，该发电机3设有多组电子线圈绕组，各组定子线圈绕组的线圈数量不同，发电机3的线圈接入数量通过第一控制装置7调整，如图3所示，该发电机有1级线圈、2级线圈、3级线圈、4级线圈，其中每一组线圈分别通过交流开关KM1、KM2、KM3、KM4控制接入系统。线圈的匝数按顺序逐渐增加，如图4所示。飞轮1连接发电机3，当飞轮1转速较高时，发电机3的输出电压大，为了调整其输出电压使其稳定输出，此时可通过第一控制装置7闭合交流开关KM1，其他交流开关断开，由于接入的线圈数量较少，因此可使发电机3的输出电压降低；当飞轮1转速渐渐降低时，发电机3的输出电压也会降低，为了调整期输出电压增高使其稳定在一个范围内，此时可通过第一控制装置7将交流开关KM2闭合，其它交流开关断开，输出电压随着2级线圈的投入而得到提高；随着飞轮1转速进一步下降，分别顺序闭合KM3和KM4，同时断开相应的其他开关(保证同时只能闭合一个开关)，这样发电机3的线圈逐步增加地接入系统，因此可使发电机3的输出电压增高，从而使其稳定在一个范围内。现有的飞轮储能器只有一个电机，在输出电能时，飞轮1的转速高时，其输出电压就高，当飞轮1的转速渐渐降低时，其输出电压就低，导致输出电压不稳定。其中，第一控制装置7可以是控制开关。
作为一个可替代的实施方式，上述发电机3的定子线圈绕组的连接形式包括三角形接法和星形接法，如图5所示，具体地，在飞轮储能器释放能量时，飞轮转速高时，带动发电机3的输出电压高，此时第二控制装置控制交流开关KM2闭合，交流开关KM1、KM3断开，发电机3通过三角形接法接入系统，调整输出电压使其降低，从而使其稳定输出；当飞轮转速渐渐降低时，带动发电机3的输出电压降低，此时第二控制装置先接通交流开关KM3，然后使交流开关KM2断开，闭合交流开关KM1，当交流开关KM1闭合时，再断开交流开关KM3，发电机3通过星形接法接入系统，调整其输出电压使其增大，从而使其在一个范围内稳定输出。发电机3的定子线圈绕组通过三角形-星形接法切换，达到调整输出电压的目的，适用于多种应用场合。其中，第二控制装置可以是控制开关。
在一个可选实施方式中，飞轮储能器还包括连接在发电机3输出端的整流器5，发电机3输出的交流电通过整流器5变为直流电，从而供负载使用，该整流器5可使用由二极管构成的不可控整流，也可以使用由可控硅构成的可控整流，从而满足不同用户的使用需求。
综上所述，通过本发明实施例的飞轮储能器，其电动机2和发电机3分开使用，分别作为充电过程和放电过程的电机，有效地解决了现有的飞轮储能器使用一个电机，大功率放电时放电和充电功率不匹配的问题。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种飞轮储能器，包括飞轮(1)和电机系统，其特征在于，所述电机系统包括：
电动机(2)，用于在储能过程中驱动所述飞轮(1)转动以储存动能；
发电机(3)，用于在输出能量过程中受所述飞轮(1)驱动而输出电能并调整输出电压。
2.根据权利要求1所述的飞轮储能器，其特征在于，还包括：
变频器(4)，用于调整所述电动机(2)的电压和频率。
3.根据权利要求1所述的飞轮储能器，其特征在于，所述电动机(2)为三相盘式永磁电机。
4.根据权利要求1所述的飞轮储能器，其特征在于，所述发电机(3)为三相盘式永磁电机。
5.根据权利要求1-4任一项所述的飞轮储能器，其特征在于，还包括：连接在所述发电机(3)输出端的整流器(5)。
6.根据权利要求1所述的飞轮储能器，其特征在于，所述发电机(3)设有多组电子线圈绕组，各组定子线圈绕组的线圈数量不同。
7.根据权利要求6所述的飞轮储能器，其特征在于，还包括：
第一控制装置(7)，用于根据所述飞轮(1)的转速控制所述发电机(3)接入的定子线圈绕组。
8.根据权利要求1所述的飞轮储能器，其特征在于，所述发电机(3)的定子线圈绕组的连接形式包括：三角形接法和星形接法。
9.根据权利要求8所述的飞轮储能器，其特征在于，还包括：
第二控制装置，用于根据所述飞轮(1)的转速控制所述发电机(3)的定子线圈绕组在三角形接法和星形接法之间切换。
10.根据权利要求1所述的飞轮储能器，其特征在于，还包括真空泵(6)，用于减少所述飞轮(1)高速转动时的空气阻力。
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