CN108493968B - 一种飞轮储能阵列及其能量均衡控制方法 - Google Patents

一种飞轮储能阵列及其能量均衡控制方法 Download PDF

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Abstract

一种飞轮储能阵列，由第一网侧双向DC/AC变换器(3)、第一飞轮群组(14)和第m飞轮群组(15)组成；第一飞轮群组(14)由第一飞轮电机(41)、第二飞轮电机(42)、第n飞轮电机(43)、第一机侧双向DC/AC变换器(21)、第二机侧双向DC/AC变换器(22)、第n机侧双向DC/AC变换器(23)组成；第m飞轮群组(15)由第n+1飞轮电机(51)、第n+2飞轮电机(52)、第2n飞轮电机(53)、第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)、第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)、第2n机侧双向DC/AC变换器(33)组成。通过单体飞轮电机和变换器的串并联方式，实现飞轮电机和电网之间的能量交换。

Description

一种飞轮储能阵列及其能量均衡控制方法
技术领域
本发明涉及一种飞轮储能阵列拓扑结构及其能量均衡控制方法。
背景技术
飞轮储能是一种以旋转动能的形式存储电能的储能装置。其工作原理是将多余的电能转变为高速旋转的飞轮转子的动能存储下来；在需要电能的时候，再将飞轮转子的动能转变为电能释放出来。和传统的化学电池相比，飞轮电池具有高能量密度，充放电时间短和长寿命等优点，所以满足了当今世界对环保，高效能源的需求。飞轮电池在混合动力车、电力系统调峰等等领域都有十分广阔的应用前景。
现代飞轮储能系统是一种在机械能和电能之间进行能量转换的储能装置，以高速旋转的飞轮转子的旋转动能的形式储存能量的。和传统的化学电池类似，飞轮电池的工作过程也可以分为“充电”和“放电”两种模式。但是和化学电池不同的是，飞轮电池的“充放电”是由发电/电动机及与其连成一体的飞轮转子完成的，即是由同一个电机分别工作在其“电动”和“发电”状态实现的。
国外专利WO03049249A1公开了一种至少由两个飞轮储能系统构成的备用电源，该电源经过一个固定容量的逆变器将飞轮储存的电能并入交流电网。这种电源无法直接用于直流电网，而且系统的容量受到并网逆变器的限制，无法自由添加新的飞轮储能单元。
中国发明专利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。
发明内容
本发明的目的是克服现有飞轮储能技术系统成本较高，效率和可靠性较低等问题，提出一种飞轮储能阵列拓扑结构。本发明应对MW级别的电网功率需求，采取将特定功率等级的飞轮储能单元串并联连接，构建大容量的飞轮储能阵列。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。本发明具有高效、高可靠性等特点，实现飞轮阵列和电网的能量交换。
本发明飞轮储能阵列有以下两种结构：
1、方案一：所述的飞轮储能阵列，由第一网侧双向DC/AC变换器、第一飞轮群组和第m飞轮群组组成，第一网侧双向DC/AC变换器、第一飞轮群组和第m飞轮群组均接入直流母线。第一飞轮群组由第一飞轮电机、第二飞轮电机、第n飞轮电机、第一机侧双向DC/AC变换器、第二机侧双向DC/AC变换器、第n机侧双向DC/AC变换器组成；第m飞轮群组由第n+1飞轮电机、第n+2飞轮电机、第2n飞轮电机、第n+1机侧双向DC/AC变换器、第n+2机侧双向DC/AC变换器、第2n机侧双向DC/AC变换器组成。其中，m取值为储能阵列总容量与群组容量比值，n取值为直流母线电压和机侧双向DC/AC变换器直流电压比值。所述群组为第一飞轮群组和第m飞轮群组，所述的机侧双向DC/AC变换器为第一网侧双向DC/AC变换器、第一机侧双向DC/AC变换器、第二机侧双向DC/AC变换器、第n机侧双向DC/AC变换器。
第一网侧双向DC/AC变换器的第一引出端子、第二引出端子和第三引出端子与交流电网相连接；第一网侧双向DC/AC变换器的第四引出端子、第一机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子和第n+1机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子在直流母线第一连接点连接；第一网侧双向DC/AC变换器的第五引出端子、第n机侧双向DC/AC变换器的第二引出端子和第2n机侧双向DC/AC变换器的第二引出端子在直流母线第二连接点连接；第一机侧双向DC/AC变换器的第二引出端子和第二机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子在第三连接点连接；第二机侧双向DC/AC变换器的第二引出端子在第四连接点连接；第n机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子在第五连接点连接；第n+1机侧双向DC/AC变换器的第二引出端子和第n+2机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子在第六连接点连接；第n+2机侧双向DC/AC变换器的第二引出端子在第七连接点连接；第2n机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子在第八连接点连接；第一机侧双向DC/AC变换器的交流引出端子和第一飞轮电机的交流引出端子相连接；第二机侧双向DC/AC变换器的交流引出端子和第二飞轮电机的交流引出端子相连接；第n机侧双向DC/AC变换器的交流引出端子和第n飞轮电机的交流引出端子相连接；第n+1机侧双向DC/AC变换器的交流引出端子和第n+1飞轮电机的交流引出端子相连接；第n+2机侧双向DC/AC变换器的交流引出端子和第n+2飞轮电机的交流引出端子相连接；第2n机侧双向DC/AC变换器的交流引出端子和第2n飞轮电机的交流引出端子相连接。
2、方案二：所述的飞轮储能阵列，由第一网侧双向DC/AC变换器、第二网侧双向DC/AC变换器、第一飞轮群组和第m飞轮群组组成，第一网侧双向DC/AC变换器、第一飞轮群组和第m飞轮群组均接入直流母线。第一飞轮群组由第一飞轮电机、第二飞轮电机、第n飞轮电机、第一机侧双向DC/AC变换器、第二机侧双向DC/AC变换器、第n机侧双向DC/AC变换器组成；第m飞轮群组由第n+1飞轮电机、第n+2飞轮电机、第2n飞轮电机、第n+1机侧双向DC/AC变换器、第n+2机侧双向DC/AC变换器、第2n机侧双向DC/AC变换器组成。m取值为储能阵列总容量与群组容量比值，n取值为直流母线电压和机侧双向DC/AC变换器直流电压比值。所述群组为第一飞轮群组和第m飞轮群组，所述的机侧双向DC/AC变换器为第一网侧双向DC/AC变换器、第一机侧双向DC/AC变换器、第二机侧双向DC/AC变换器、第n机侧双向DC/AC变换器。
第一网侧双向DC/AC变换器的第一引出端子、第二引出端子、第三引出端子和第二网侧双向DC/AC变换器的第一引出端子、第二引出端子和第三引出端子与交流电网相连接；第一网侧双向DC/AC变换器的第四引出端子、第二网侧双向DC/AC变换器的第四引出端子、第一机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子和第n+1机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子在直流母线第一连接点连接；第一网侧双向DC/AC变换器的第五引出端子、第二网侧双向DC/AC变换器的第五引出端子、第n机侧双向DC/AC变换器的第二引出端子和第2n机侧双向DC/AC变换器的第二引出端子在直流母线第二连接点连接；第一机侧双向DC/AC变换器的第二引出端子和第二机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子在第三连接点连接；第二机侧双向DC/AC变换器的第二引出端子在第四连接点连接；第n机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子在第五连接点连接；第n+1机侧双向DC/AC变换器的第二引出端子和第n+2机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子在第六连接点连接；第n+2机侧双向DC/AC变换器的第二引出端子在第七连接点连接；第2n机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子在第八连接点连接；第一机侧双向DC/AC变换器的交流引出端子和第一飞轮电机的交流引出端子相连接；第二机侧双向DC/AC变换器的交流引出端子和第二飞轮电机的交流引出端子相连接；第n机侧双向DC/AC变换器的交流引出端子和第n飞轮电机的交流引出端子相连接；第n+1机侧双向DC/AC变换器的交流引出端子和第n+1飞轮电机的交流引出端子相连接；第n+2机侧双向DC/AC变换器的交流引出端子和第n+2飞轮电机的交流引出端子相连接；第2n机侧双向DC/AC变换器的交流引出端子和第2n飞轮电机的交流引出端子相连接。
对本发明飞轮储能阵列能量均衡控制方法如下：
本发明第一种结构形式的飞轮储能阵列中：
第一网侧双向DC/AC变换器通过电压环控制稳定直流母线第一连接点和第二连接点之间电压；第一飞轮群组和第二飞轮群组采用双层控制：第一层控制保证群组之间均流，检测第一机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子电流和第n+1机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子电流，当第一机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子电流大于第n+1机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子电流，减小第一飞轮群组的电流，当第一机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子电流小于第n+1机侧双向DC/AC变换器的第一引出端子电流，增加第一飞轮群组的电流。第二层控制是第一飞轮群组和第二飞轮群组内部的电压均衡控制，保证机侧双向DC/AC变换器的直流输出电压均衡，当第一机侧双向DC/AC变换器的直流输出电压大于额定值时，增加第一机侧双向DC/AC变换器的功率，当第一机侧双向DC/AC变换器的直流输出电压小于额定值时，减少第一机侧双向DC/AC变换器的功率。
当飞轮群组内部飞轮电机能量不均衡时，通过控制机侧双向DC/AC变换器的功率指令，使得飞轮电机剩余能量均衡。当飞轮储能向电网提供能量时，第一飞轮电机剩余能量最多，则增加第一机侧双向DC/AC变换器的输出功率，增加第一机侧双向DC/AC变换器的直流输出电压值；当飞轮储能从电网吸收能量时，第一飞轮电机剩余能量最多，则减少第一机侧双向DC/AC变换器的输入功率，减少第一机侧双向DC/AC变换器的直流输出电压值。
当飞轮群组内部飞轮电机容量配比不均衡时，机侧双向DC/AC变换器直流侧输出电压根据容量配比进行直流电压控制。当第一飞轮电机和第二飞轮电机的容量配比是1：n时，则第一机侧双向DC/AC变换器和第二机侧双向DC/AC变换器的直流侧输出电压比值为n：1。
飞轮电机充放电过程中，第一网侧双向DC/AC变换器稳定直流母线电压，第一机侧双向DC/AC变换器、第二机侧双向DC/AC变换器、第n机侧双向DC/AC变换器、第n+1机侧双向DC/AC变换器、第n+2机侧双向DC/AC变换器和第2n机侧双向DC/AC变换器通过转速环稳定各自飞轮电机转速至额定转速。
飞轮电机充放电过程中，第一飞轮群组和第m飞轮群组稳定直流母线电压，通过改变各自群组的输出直流电压值，实现群组之间功率均衡；第一网侧双向DC/AC变换器通过功率环实现对充放电过程中的功率控制；第一机侧双向DC/AC变换器、第二机侧双向DC/AC变换器、第n机侧双向DC/AC变换器、第n+1机侧双向DC/AC变换器、第n+2机侧双向DC/AC变换器和第2n机侧双向DC/AC变换器分别通过电压环稳定各自变换器的直流输出电压，通过改变各自输出直流电压值实现对飞轮单体的功率控制。
所述的第一网侧双向DC/AC变换器、第二网侧双向DC/AC变换器、第一机侧双向DC/AC变换器、第二机侧双向DC/AC变换器、第n机侧双向DC/AC变换器、第n+1机侧双向DC/AC变换器、第n+2机侧双向DC/AC变换器和第2n机侧双向DC/AC变换器均可以采用两电平结构、中点嵌位式三电平结构和模块化多电平结构。
所述的第一网侧双向DC/AC变换器、第二网侧双向DC/AC变换器、第一机侧双向DC/AC变换器、第二机侧双向DC/AC变换器、第n机侧双向DC/AC变换器、第n+1机侧双向DC/AC变换器、第n+2机侧双向DC/AC变换器和第2n机侧双向DC/AC变换器的开关器件均可以采用IGBT或者IGCT。
所述的第一机侧双向DC/AC变换器、第二机侧双向DC/AC变换器、第n机侧双向DC/AC变换器、第n+1机侧双向DC/AC变换器、第n+2机侧双向DC/AC变换器和第2n机侧双向DC/AC变换器中任意变换器故障时，将其旁路掉，其他变换器和飞轮电机继续工作，实现飞轮储能系统的容错控制。
本发明的优点：
a.该飞轮储能阵列在群组内部将飞轮单体和飞轮电机串联接入，实现不同飞轮储能单体的功率均衡控制；
b.该飞轮储能阵列群组之间并联接入直流线路，保证群组之间的功率均衡控制；
c.该飞轮储能阵列可以根据飞轮本体容量的差异进行功率配比，实现差异化的储能接入；
d.该飞轮储能阵列通过模块化接入电网，可以实现容错控制，提升储能系统的可靠性；
e.该飞轮储能阵列可有效提升储能装置的功率容量。
附图说明
图1为本发明的实施例1的电路原理图；
图2为本发明的实施例2的电路原理图；
图3为本发明的实施例4的电路原理图；
图4为本发明的实施例4的电路原理图；
图5为本发明的实施例4的电路原理图；
图6为本发明的实施例5的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
实施例1
图1所示为本发明的实施例1。如图1所示，本发明的一种飞轮储能阵列，由第一网侧双向DC/AC变换器3、第一飞轮群组14和第m飞轮群组15组成；第一飞轮群组14由第一飞轮电机41、第二飞轮电机42、第n飞轮电机43、第一机侧双向DC/AC变换器21、第二机侧双向DC/AC变换器22、第n机侧双向DC/AC变换器23组成；第m飞轮群组15由第n+1飞轮电机51、第n+2飞轮电机52、第2n飞轮电机53、第n+1机侧双向DC/AC变换器31、第n+2机侧双向DC/AC变换器32、第2n机侧双向DC/AC变换器33组成。
第一网侧双向DC/AC变换器3的第一引出端子、第二引出端子和第三引出端子与交流电网相连接；第一网侧双向DC/AC变换器3的第四引出端子、第一机侧双向DC/AC变换器21的第一引出端子和第n+1机侧双向DC/AC变换器31的第一引出端子在直流母线第一连接点1连接；第一网侧双向DC/AC变换器3的第五引出端子、第n机侧双向DC/AC变换器23的第二引出端子和第2n机侧双向DC/AC变换器33的第二引出端子在直流母线第二连接点2连接；第一机侧双向DC/AC变换器21的第二引出端子和第二机侧双向DC/AC变换器22的第一引出端子在第三连接点3连接；第二机侧双向DC/AC变换器22的第二引出端子在第四连接点4连接；第n机侧双向DC/AC变换器23的第一引出端子在第五连接点5连接；第n+1机侧双向DC/AC变换器31的第二引出端子和第n+2机侧双向DC/AC变换器32的第一引出端子在第六连接点6连接；第n+2机侧双向DC/AC变换器32的第二引出端子在第七连接点7连接；第2n机侧双向DC/AC变换器33的第一引出端子在第八连接点8连接；第一机侧双向DC/AC变换器21的交流引出端子和第一飞轮电机41的交流引出端子相连接；第二机侧双向DC/AC变换器22的交流引出端子和第二飞轮电机42的交流引出端子相连接；第n机侧双向DC/AC变换器23的交流引出端子和第n飞轮电机43的交流引出端子相连接；第n+1机侧双向DC/AC变换器31的交流引出端子和第n+1飞轮电机51的交流引出端子相连接；第n+2机侧双向DC/AC变换器32的交流引出端子和第n+2飞轮电机52的交流引出端子相连接；第2n机侧双向DC/AC变换器33的交流引出端子和第2n飞轮电机53的交流引出端子相连接。
第一网侧双向DC/AC变换器3通过电压环控制稳定直流母线第一连接点1和第二连接点2之间电压；第一飞轮群组14和第二飞轮群组15采用双层控制：第一层控制保证群组之间均流，检测第一机侧双向DC/AC变换器21的第一引出端子电流和第n+1机侧双向DC/AC变换器31的第一引出端子电流，当第一机侧双向DC/AC变换器21的第一引出端子电流大于第n+1机侧双向DC/AC变换器31的第一引出端子电流，减小第一飞轮群组14的电流，当第一机侧双向DC/AC变换器21的第一引出端子电流小于第n+1机侧双向DC/AC变换器31的第一引出端子电流，增加第一飞轮群组14的电流。第二层控制是第一飞轮群组14和第二飞轮群组15内部的电压均衡控制，保证机侧双向DC/AC变换器的直流输出电压均衡，当第一机侧双向DC/AC变换器21的直流输出电压大于额定值时，增加第一机侧双向DC/AC变换器21的功率，当第一机侧双向DC/AC变换器21的直流输出电压小于额定值时，减少第一机侧双向DC/AC变换器21的功率。
当飞轮群组内部飞轮电机能量不均衡时，通过控制机侧双向DC/AC变换器的功率，使得飞轮电机剩余能量均衡。当飞轮储能向电网提供能量时，第一飞轮电机41剩余能量最多，则增加第一机侧双向DC/AC变换器31的输出功率，增加第一机侧双向DC/AC变换器31的直流输出电压值；当飞轮储能从电网吸收能量时，第一飞轮电机41剩余能量最多，则减少第一机侧双向DC/AC变换器21的输入功率，减少第一机侧双向DC/AC变换器21的直流输出电压值。
当飞轮群组内部飞轮电机容量配比不均衡时，机侧双向DC/AC变换器直流侧输出电压根据容量配比进行直流电压控制。当第一飞轮电机41和第二飞轮电机42的容量配比是1：n时，则第一机侧双向DC/AC变换器21和第二机侧双向DC/AC变换器22的直流侧输出电压比值为n：1。
飞轮电机充放电过程中，第一网侧双向DC/AC变换器3稳定直流母线电压，第一机侧双向DC/AC变换器21、第二机侧双向DC/AC变换器22、第n机侧双向DC/AC变换器23、第n+1机侧双向DC/AC变换器31、第n+2机侧双向DC/AC变换器32和第2n机侧双向DC/AC变换器33通过转速环稳定各自飞轮电机转速至额定转速。
飞轮电机充放电过程中，第一飞轮群组14和第m飞轮群组15稳定直流母线电压，通过改变各自群组的输出直流电压值，实现群组之间功率均衡；第一网侧双向DC/AC变换器3通过功率环实现对充放电过程中的功率控制；第一机侧双向DC/AC变换器41、第二机侧双向DC/AC变换器42、第n机侧双向DC/AC变换器43、第n+1机侧双向DC/AC变换器51、第n+2机侧双向DC/AC变换器52和第2n机侧双向DC/AC变换器53分别通过电压环稳定各自变换器的直流输出电压，通过改变各自输出直流电压值实现对飞轮单体的功率控制。
实施例2
图2所示为本发明的实施例2。如图2所示，本发明的飞轮储能阵列由第一网侧双向DC/AC变换器3、第二网侧双向DC/AC变换器13、第一飞轮群组14和第m飞轮群组15组成；第一飞轮群组14由第一飞轮电机41、第二飞轮电机42、第n飞轮电机43、第一机侧双向DC/AC变换器21、第二机侧双向DC/AC变换器22、第n机侧双向DC/AC变换器23组成；第m飞轮群组15由第n+1飞轮电机51、第n+2飞轮电机52、第2n飞轮电机53、第n+1机侧双向DC/AC变换器31、第n+2机侧双向DC/AC变换器32、第2n机侧双向DC/AC变换器33组成。
第一网侧双向DC/AC变换器3的第一引出端子、第二引出端子、第三引出端子和第二网侧双向DC/AC变换器13的第一引出端子、第二引出端子和第三引出端子与交流电网相连接；第一网侧双向DC/AC变换器3的第四引出端子、第二网侧双向DC/AC变换器13的第四引出端子、第一机侧双向DC/AC变换器21的第一引出端子和第n+1机侧双向DC/AC变换器31的第一引出端子在直流母线第一连接点1连接；第一网侧双向DC/AC变换器3的第五引出端子、第二网侧双向DC/AC变换器13的第五引出端子、第n机侧双向DC/AC变换器23的第二引出端子和第2n机侧双向DC/AC变换器33的第二引出端子在直流母线第二连接点2连接；第一机侧双向DC/AC变换器21的第二引出端子和第二机侧双向DC/AC变换器22的第一引出端子在第三连接点3连接；第二机侧双向DC/AC变换器22的第二引出端子在第四连接点4连接；第n机侧双向DC/AC变换器23的第一引出端子在第五连接点5连接；第n+1机侧双向DC/AC变换器31的第二引出端子和第n+2机侧双向DC/AC变换器32的第一引出端子在第六连接点6连接；第n+2机侧双向DC/AC变换器32的第二引出端子在第七连接点7连接；第2n机侧双向DC/AC变换器33的第一引出端子在第八连接点8连接；第一机侧双向DC/AC变换器21的交流引出端子和第一飞轮电机41的交流引出端子相连接；第二机侧双向DC/AC变换器22的交流引出端子和第二飞轮电机42的交流引出端子相连接；第n机侧双向DC/AC变换器23的交流引出端子和第n飞轮电机43的交流引出端子相连接；第n+1机侧双向DC/AC变换器31的交流引出端子和第n+1飞轮电机51的交流引出端子相连接；第n+2机侧双向DC/AC变换器32的交流引出端子和第n+2飞轮电机52的交流引出端子相连接；第2n机侧双向DC/AC变换器33的交流引出端子和第2n飞轮电机53的交流引出端子相连接。
本实施例的工作过程等同于实施例1中工作过程。
实施例3
图3、图4和图5所示为本发明的实施例3。如图3、图4和图5所示，本发明的飞轮储能阵列，第一网侧双向DC/AC变换器3、第二网侧双向DC/AC变换器13、第一机侧双向DC/AC变换器21、第二机侧双向DC/AC变换器22、第n机侧双向DC/AC变换器23、第n+1机侧双向DC/AC变换器31、第n+2机侧双向DC/AC变换器32和第2n机侧双向DC/AC变换器33均可以采用两电平结构、中点嵌位式三电平结构和模块化多电平结构。
实施例4
本发明的飞轮储能阵列，第一网侧双向DC/AC变换器3、第二网侧双向DC/AC变换器13、第一机侧双向DC/AC变换器21、第二机侧双向DC/AC变换器22、第n机侧双向DC/AC变换器23、第n+1机侧双向DC/AC变换器31、第n+2机侧双向DC/AC变换器32和第2n机侧双向DC/AC变换器33的开关器件均可以采用IGBT或者IGCT。
实施例5
图6所示为本发明的实施例5。如图6所示，本发明的飞轮储能阵列，第一机侧双向DC/AC变换器21、第二机侧双向DC/AC变换器22、第n机侧双向DC/AC变换器23、第n+1机侧双向DC/AC变换器31、第n+2机侧双向DC/AC变换器32和第2n机侧双向DC/AC变换器33中任意变换器故障时，将其旁路掉，其他变换器和飞轮电机继续工作，实现飞轮储能系统的容错控制。

Claims (9)

1.一种飞轮储能阵列，其特征在于：所述的飞轮储能阵列由第一网侧双向DC/AC变换器(3)、第一飞轮群组(14)和第m飞轮群组(15)组成；第一飞轮群组(14)由第一飞轮电机(41)、第二飞轮电机(42)、第n飞轮电机(43)、第一机侧双向DC/AC变换器(21)、第二机侧双向DC/AC变换器(22)、第n机侧双向DC/AC变换器(23)组成；第m飞轮群组(15)由第n+1飞轮电机(51)、第n+2飞轮电机(52)、第2n飞轮电机(53)、第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)、第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)、第2n机侧双向DC/AC变换器(33)组成；其中，m取值为储能阵列总容量与群组容量比值，n取值为直流母线电压和机侧双向DC/AC变换器直流电压比值；
第一网侧双向DC/AC变换器(3)的第一引出端子、第二引出端子和第三引出端子与交流电网相连接；第一网侧双向DC/AC变换器(3)的第四引出端子、第一机侧双向DC/AC变换器(21)的第一引出端子和第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)的第一引出端子在直流母线第一连接点(1)连接；第一网侧双向DC/AC变换器(3)的第五引出端子、第n机侧双向DC/AC变换器(23)的第二引出端子和第2n机侧双向DC/AC变换器(33)的第二引出端子在直流母线第二连接点(2)连接；第一机侧双向DC/AC变换器(21)的第二引出端子和第二机侧双向DC/AC变换器(22)的第一引出端子在第三连接点(3)连接；第二机侧双向DC/AC变换器(22)的第二引出端子在第四连接点(4)连接；第n机侧双向DC/AC变换器(23)的第一引出端子在第五连接点(5)连接；第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)的第二引出端子和第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)的第一引出端子在第六连接点(6)连接；第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)的第二引出端子在第七连接点(7)连接；第2n机侧双向DC/AC变换器(33)的第一引出端子在第八连接点(8)连接；第一机侧双向DC/AC变换器(21)的交流引出端子和第一飞轮电机(41)的交流引出端子相连接；第二机侧双向DC/AC变换器(22)的交流引出端子和第二飞轮电机(42)的交流引出端子相连接；第n机侧双向DC/AC变换器(23)的交流引出端子和第n飞轮电机(43)的交流引出端子相连接；第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)的交流引出端子和第n+1飞轮电机(51)的交流引出端子相连接；第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)的交流引出端子和第n+2飞轮电机(52)的交流引出端子相连接；第2n机侧双向DC/AC变换器(33)的交流引出端子和第2n飞轮电机(53)的交流引出端子相连接；
第一网侧双向DC/AC变换器(3)通过电压环控制稳定直流母线第一连接点(1)和第二连接点(2)之间电压；第一飞轮群组(14)和第二飞轮群组(15)采用双层控制：第一层控制保证群组之间均流；检测第一机侧双向DC/AC变换器(21)的第一引出端子电流和第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)的第一引出端子电流，当第一机侧双向DC/AC变换器(21)的第一引出端子电流大于第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)的第一引出端子电流，减小第一飞轮群组(14)的电流，当第一机侧双向DC/AC变换器(21)的第一引出端子电流小于第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)的第一引出端子电流，增加第一飞轮群组(14)的电流；第二层控制是第一飞轮群组(14)和第二飞轮群组(15)内部的电压均衡控制，保证机侧双向DC/AC变换器的直流输出电压均衡；当第一机侧双向DC/AC变换器(21)的直流输出电压大于额定值时，增加第一机侧双向DC/AC变换器(21)的功率，当第一机侧双向DC/AC变换器(21)的直流输出电压小于额定值时，减少第一机侧双向DC/AC变换器(21)的功率。
2.按照权利要求1所述的飞轮储能阵列，其特征在于：当飞轮群组内部飞轮电机能量不均衡时，通过控制机侧双向DC/AC变换器的功率指令，使得飞轮电机剩余能量均衡；当飞轮储能向电网提供能量时，第一飞轮电机(41)剩余能量最多，则增加第一机侧双向DC/AC变换器(31)的输出功率，增加第一机侧双向DC/AC变换器(31)的直流输出电压值；当飞轮储能从电网吸收能量时，第一飞轮电机(41)剩余能量最多，则减少第一机侧双向DC/AC变换器(21)的输入功率，减少第一机侧双向DC/AC变换器(21)的直流输出电压值。
3.按照权利要求1所述的飞轮储能阵列，其特征在于：当飞轮群组内部飞轮电机容量配比不均衡时，机侧双向DC/AC变换器直流侧输出电压根据容量配比进行直流电压控制；当第一飞轮电机(41)和第二飞轮电机(42)的容量配比是1：n时，则第一机侧双向DC/AC变换器(21)和第二机侧双向DC/AC变换器(22)的直流侧输出电压比值为n：1。
4.按照权利要求1所述的飞轮储能阵列，其特征在于：飞轮电机充放电过程中，第一网侧双向DC/AC变换器(3)稳定直流母线电压，第一机侧双向DC/AC变换器(21)、第二机侧双向DC/AC变换器(22)、第n机侧双向DC/AC变换器(23)、第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)、第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)和第2n机侧双向DC/AC变换器(33)通过转速环稳定各自飞轮电机转速至额定转速。
5.按照权利要求1所述的飞轮储能阵列，其特征在于：飞轮电机充放电过程中，第一飞轮群组(14)和第m飞轮群组(15)稳定直流母线电压，通过改变各自群组的输出直流电压值，实现群组之间功率均衡；第一网侧双向DC/AC变换器(3)通过功率环实现对充放电过程中的功率控制；第一机侧双向DC/AC变换器(41)、第二机侧双向DC/AC变换器(42)、第n机侧双向DC/AC变换器(43)、第n+1机侧双向DC/AC变换器(51)、第n+2机侧双向DC/AC变换器(52)和第2n机侧双向DC/AC变换器(53)分别通过电压环稳定各自变换器的直流输出电压，通过改变各自输出直流电压值实现对飞轮单体的功率控制。
6.一种飞轮储能阵列，其特征在于：所述的飞轮储能阵列由第一网侧双向DC/AC变换器(3)、第二网侧双向DC/AC变换器(13)、第一飞轮群组(14)和第m飞轮群组(15)组成；第一飞轮群组(14)由第一飞轮电机(41)、第二飞轮电机(42)、第n飞轮电机(43)、第一机侧双向DC/AC变换器(21)、第二机侧双向DC/AC变换器(22)、第n机侧双向DC/AC变换器(23)组成；第m飞轮群组(15)由第n+1飞轮电机(51)、第n+2飞轮电机(52)、第2n飞轮电机(53)、第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)、第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)、第2n机侧双向DC/AC变换器(33)组成；
第一网侧双向DC/AC变换器(3)的第一引出端子、第二引出端子、第三引出端子和第二网侧双向DC/AC变换器(13)的第一引出端子、第二引出端子和第三引出端子与交流电网相连接；第一网侧双向DC/AC变换器(3)的第四引出端子、第二网侧双向DC/AC变换器(13)的第四引出端子、第一机侧双向DC/AC变换器(21)的第一引出端子和第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)的第一引出端子在直流母线第一连接点(1)连接；第一网侧双向DC/AC变换器(3)的第五引出端子、第二网侧双向DC/AC变换器(13)的第五引出端子、第n机侧双向DC/AC变换器(23)的第二引出端子和第2n机侧双向DC/AC变换器(33)的第二引出端子在直流母线第二连接点(2)连接；第一机侧双向DC/AC变换器(21)的第二引出端子和第二机侧双向DC/AC变换器(22)的第一引出端子在第三连接点(3)连接；第二机侧双向DC/AC变换器(22)的第二引出端子在第四连接点(4)连接；第n机侧双向DC/AC变换器(23)的第一引出端子在第五连接点(5)连接；第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)的第二引出端子和第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)的第一引出端子在第六连接点(6)连接；第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)的第二引出端子在第七连接点(7)连接；第2n机侧双向DC/AC变换器(33)的第一引出端子在第八连接点(8)连接；第一机侧双向DC/AC变换器(21)的交流引出端子和第一飞轮电机(41)的交流引出端子相连接；第二机侧双向DC/AC变换器(22)的交流引出端子和第二飞轮电机(42)的交流引出端子相连接；第n机侧双向DC/AC变换器(23)的交流引出端子和第n飞轮电机(43)的交流引出端子相连接；第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)的交流引出端子和第n+1飞轮电机(51)的交流引出端子相连接；第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)的交流引出端子和第n+2飞轮电机(52)的交流引出端子相连接；第2n机侧双向DC/AC变换器(33)的交流引出端子和第2n飞轮电机(53)的交流引出端子相连接。
7.按照权利要求1或6所述的飞轮储能阵列，其特征在于：第一网侧双向DC/AC变换器(3)、第二网侧双向DC/AC变换器(13)、第一机侧双向DC/AC变换器(21)、第二机侧双向DC/AC变换器(22)、第n机侧双向DC/AC变换器(23)、第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)、第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)和第2n机侧双向DC/AC变换器(33)均采用两电平结构、中点嵌位式三电平结构或模块化多电平结构。
8.按照权利要求1或6所述的飞轮储能阵列，其特征在于：第一网侧双向DC/AC变换器(3)、第二网侧双向DC/AC变换器(13)、第一机侧双向DC/AC变换器(21)、第二机侧双向DC/AC变换器(22)、第n机侧双向DC/AC变换器(23)、第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)、第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)和第2n机侧双向DC/AC变换器(33)的开关器件均为IGBT或者IGCT。
9.按照权利要求1或6所述的飞轮储能阵列，其特征在于：第一机侧双向DC/AC变换器(21)、第二机侧双向DC/AC变换器(22)、第n机侧双向DC/AC变换器(23)、第n+1机侧双向DC/AC变换器(31)、第n+2机侧双向DC/AC变换器(32)和第2n机侧双向DC/AC变换器(33)中任意变换器故障时，将其旁路，其他变换器和飞轮电机继续工作，实现飞轮储能系统的容错控制。
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