CN109103983A - 利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力系统供电技术领域,具体涉及一种利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统及控制方法,其包括:输入端、输出端、变频装置和飞轮储能装置。飞轮储能装置与变频装置之间接线简单,控制上解耦,减少了系统操作与控制的复杂度,降低了装置之间的依赖性,增强了飞轮储能装置与变频装置的兼容性;飞轮储能装置根据双向变流器输入端的输入电压在充电模式、放电模式、待机模式之间调节,简化了系统控制的复杂程度,且基于上述调节方式,可以根据需要增加飞轮储能装置的数量,以提高放电功率、延长放电时间,系统具有良好的可扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统供电技术领域,具体涉及一种利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统及控制方法。
背景技术
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为可变频率电源的电能控制装置,能够实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、增加过流/过压/过载保护等功能。
变频器的应用范围很广,有的负载为重要的异步电机,不允许随意断电,否则会带来很严重的后果。例如,变频器用于数据中心重要的冷水机、水泵、风机等设备时,由于这些设备要承担数据中心制冷、散热等任务,一旦因为市电断电导致这些设备停止运行,数据中心IT设备的温度会很快上升,威胁到系统的运行安全,严重的甚至会导致整个数据中心的停运。因此,对于这些重要的异步电机设备,除了配备变频器外,传统的解决办法是另外再配置UPS及铅酸蓄电池组,用于保证这些重要负载的不间断供电。由于增加了UPS及铅酸蓄电池组,会带来一系列问题,例如:设备投资成本高、占地面积大。此外,铅酸电池使用寿命短、可靠性较低、安全隐患较大,需要采用单独的电池间,对运行环境要求高,维护成本高等。
鉴于此,克服以上现有技术中的缺陷,提供一种新的利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统及控制方法成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷,提供一种利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统及控制方法。
本发明的目的可通过以下的技术措施来实现:
本发明一方面提供了一种利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统,该系统包括:
与交流供电电源连接的输入端;
与负载连接的输出端;
设于输入端与输出端之间的变频装置,所述变频装置包括:变频控制器、依次连接的用于交流-直流转换的整流器、用于直流-交流转换的逆变器,所述整流器的交流侧设于输入端,所述整流器的直流侧与所述逆变器的直流侧连接,所述逆变器的交流侧设于输出端,所述变频控制器控制所述逆变器输出与所述负载运行状态相适配的功率;
一端设于所述整流器与所述逆变器之间、用于给变频装置提供不间断供电的飞轮储能装置,所述飞轮储能装置被配置为当所述交流供电电源供电正常时,将电能转化为动能进行充电,当所述交流供电电源供电异常时,将动能转化为电能进行放电,为所述负载提供所需功率。
优选地,所述变频装置还包括滤波器,所述滤波器设于所述整流器与所述逆变器之间,所述飞轮储能装置的输入端设于所述滤波器与所述逆变器之间。
优选地,所述飞轮储能装置包括飞轮控制器、依次连接的用于直流-交流和交流-直流转换的双向变流器、飞轮电机以及飞轮本体,所述双向变流器的直流侧设于所述飞轮储能装置的输入端,交流侧与所述飞轮电机连接,所述飞轮控制器被配置为执行如下步骤:
不间断的检测所述双向变流器输入端的输入电压;
当所述输入电压大于或等于充电电压阈值时,控制所述交流供电电源的输出功率对所述飞轮储能装置进行充电;以及
当所述输入电压小于或等于放电电压阈值时,控制所述飞轮储能装置放电为所述负载提供所需功率。
本发明另一方面提供了一种利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统的控制方法,该控制方法包括:
不间断的检测所述双向变流器输入端的输入电压;
当所述输入电压大于或等于充电电压阈值时,控制所述交流供电电源的输出功率对所述飞轮储能装置进行充电;以及
当所述输入电压小于或等于放电电压阈值时,控制所述飞轮储能装置放电为所述负载提供所需功率。
优选地,当所述输入电压小于充电电压阈值且大于放电电压阈值,所述飞轮储能装置停止充放电。
优选地,所述“当所述输入电压大于或等于充电电压阈值时,控制所述交流供电电源的输出功率对所述飞轮储能装置进行充电”的步骤包括:
当所述输入电压大于或等于充电电压阈值时,控制所述双向变流器的功率方向从直流侧流向交流侧;
飞轮本体的转速低于最高转速时,控制充电功率为维持输入电压稳定在充电电压阈值所需功率,所述飞轮电机驱动所述飞轮本体旋转,将电能转化为飞轮本体的动能储存。
优选地,
当所述输入电压大于或等于充电电压阈值且当飞轮本体的转速已达到最高转速时,控制充电功率为维持飞轮本体的最高转速所需功率。
优选地,所述“当所述输入电压小于或等于放电电压阈值时,控制所述飞轮储能装置放电为所述负载提供所需功率”的步骤包括:
当所述输入电压小于或等于放电电压阈值时,控制所述双向变流器的功率方向从交流侧流向直流侧;
控制放电功率为维持输入电压保持在放电电压阈值所需功率,所述飞轮本体将储存的动能传递至所述飞轮电机并转化为电能为负载提供所需功率。
优选地,当所述输入电压小于或等于放电电压阈值且飞轮本体转速低于最低转速时,所述飞轮储能装置停止放电。
本发明的利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统及控制方法,飞轮储能装置与变频装置之间接线简单,控制上解耦,减少了系统操作与控制的复杂度,降低了装置之间的依赖性,增强了飞轮储能装置与变频装置的兼容性;飞轮储能装置在充电模式、放电模式之间调节,简化了系统控制的复杂程度,且基于上述调节方式,可以根据需要增加飞轮储能装置的数量,以提高放电功率、延长放电时间,系统具有良好的可扩展性。
附图说明
图1是本发明的系统的结构框图。
图2是本发明的系统的控制方法流程图。
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,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备,下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述;但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而,亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
本发明提供了一种利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统,该系统在交流供电电源正常供电时,飞轮储能装置处于充电模式,将电能转化为动能储存,在交流供电电源供电异常时,飞轮储能装置启动放电模式,将动能转化为电能给负载提供不间断供电,保证负载能够正常运行。
请参见图1,图1示出了一种利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统,该系统包括:输入端20、输出端30、变频装置40和飞轮储能装置50。输入端20与交流供电电源10连接,输出端30与负载60连接,变频装置40设于输入端20与输出端30之间,输入端20、变频装置40、输出端30之间通过直流母线70连接,飞轮储能装置50的一端设于直流母线70上。飞轮储能装置50与变频装置40之间接线简单,控制上解耦,减少了系统操作与控制的复杂度,降低了装置之间的依赖性,增强了飞轮储能装置50与变频装置40的兼容性。
其中,变频装置40包括:变频控制器401、整流器402和逆变器403,整流器402和逆变器403之间通过直流母线70连接,整流器402的交流侧设于输入端20,整流器402的直流侧与逆变器403的直流侧连接,逆变器403的交流侧设于输出端30,变频控制器401与逆变器403电连接,用于控制逆变器403输出与负载60运行状态相适配的功率,整流器402用于交流-直流转换,逆变器403用于直流-交流转换。在交流供电电源10供电正常的情况下,交流供电电源10输出的电能经过整流器402后将工频交流电转换成直流电,经过逆变器403后将直流电转化成频率可变的交流电,驱动负载60的运行,形成工作回路;同时,交流供电电源10输出的电能依次经过输入端20、整流器402输送至飞轮储能装置50,形成充电回路,飞轮储能装置50将电能转化为动能储存起来;在交流供电电源10供电异常的情况下,飞轮储能装置50将储存的动能转化成电能经过逆变器403、输出端30输送给负载60,形成放电回路。
进一步地,在本实施例中,请参见图1,变频装置40还包括滤波器404,滤波器404设于整流器402与逆变器403之间,飞轮储能装置50的输入端设于滤波器404与逆变器403之间。
更进一步地,在本实施例中,请参见图1,飞轮储能装置50包括飞轮控制器501、双向变流器502、飞轮电机503以及飞轮本体504。双向变流器502用于直流-交流和交流-直流转换,双向变流器502的直流侧设于飞轮储能装置50的输入端,即双向变流器502的直流侧与直流母线70连接,双向变流器502的交流侧与飞轮电机503连接,当飞轮储能装置50处于充电模式时,飞轮电机503将经过直流-交流转化的电能驱动飞轮本体504旋转,当飞轮储能装置50处于放电模式时,飞轮电机503将飞轮本体504旋转的动能转化成电能输送给双向变流器502。
其中,飞轮控制器501可以控制双向变流器502的功率方向和大小,进而控制飞轮储能装置50的充电和放电模式转换。飞轮控制器501被配置为执行如下步骤:
不间断的检测所述双向变流器502输入端的输入电压;
当输入电压大于或等于充电电压阈值时,控制交流供电电源10的输出功率对飞轮储能装置50进行充电;以及
当输入电压小于或等于放电电压阈值时,控制飞轮储能装置50放电为负载60提供所需功率。
具体地,在本实施例中,在交流供电电源10供电正常的情况下,当输入电压大于或等于充电电压阈值时,飞轮控制器501控制双向变流器502的功率的方向从直流侧流向交流侧,控制交流供电电源10的输出功率对飞轮储能装置50进行充电;当飞轮本体504的转速低于最高转速时,控制充电功率为维持输入电压稳定在充电电压阈值所需功率,当飞轮本体504的转速已达到最高转速时,控制充电功率为维持飞轮本体504的最高转速所需功率。在交流供电电源10供电异常的情况下,当输入电压小于或等于放电电压阈值时,飞轮控制器501控制双向变流器502的功率的方向从交流侧流向直流侧,控制飞轮储能装置50放电为负载60提供所需功率,控制放电功率为维持输入电压保持在放电电压阈值所需功率。
本发明还提供了一种利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统的控制方法,请参见图2,图2示出了该控制方法的控制流程,可以支持以下四种包含在所描述的控制方法中的控制模式中的一种或多种:
(a)充电模式:在交流供电电源10供电正常的情况下,双向变流器502的功率的方向从交流侧流向直流侧,飞轮本体504的转速低于最高转速,充电功率为维持输入电压稳定在充电电压阈值所需功率,飞轮电机503将经过直流-交流转化的电能驱动飞轮本体504旋转且飞轮本体504的转速增加。
(b)保持模式:当飞轮本体504的转速已达到最高转速时,充电功率为维持飞轮本体504的最高转速所需功率,飞轮本体504保持以最高转速旋转。
(c)放电模式:在交流供电电源10供电异常的情况下,双向变流器502的功率的方向从交流侧流向直流侧,放电功率为维持输入电压保持在放电电压阈值所需功率,飞轮电机503将飞轮本体504旋转的动能转化成电能输送给双向变流器502。
(d)待机模式:交流供电电源10输出的功率只够负载60使用或飞轮本体504的转速低于最低转速时,双向变流器502停止功率变换。
该控制方法从监测步骤S1开始,在监测步骤S1中,不间断的检测双向变流器502输入端的输入电压。在判断步骤S2中,当检测到输入电压大于或等于充电电压阈值时,推断交流供电电源10供电正常,不间断供电系统进入充电模式,控制交流供电电源10的输出功率对飞轮储能装置50进行充电。接下来的判断步骤S3中,通过判断飞轮本体504转速是否达到最高转速,以判断是否从充电模式进入保持模式,达到最高转速时,进入保持模式,未达到最高转速时,维持充电模式。
在判断步骤S2中,当检测到输入电压小于充电电压阈值,进入判断步骤S4。在判断步骤S4中,当检测到输入电压小于或等于放电电压阈值时,推断交流供电电源10供电异常,需要飞轮储能装置50维持对负载60的供电,不间断供电系统进入放电模式。接下来的判断步骤S5中,通过判断飞轮本体504的转速是否低于最低转速,以判断是否从放电模式进入待机模式,低于最低转速时,进入待机模式,未达到最低转速时,维持放电模式。在判断步骤S4中,当检测到输入电压大于放电电压阈值,推断交流供电电源10对负载60恢复供电,无需飞轮储能装置50为负载60供电,不间断供电系统进入待机模式。
本发明的不间断供电系统根据双向变流器502输入端的输入电压在充电模式、放电模式、待机模式之间调节,简化了系统控制的复杂程度,且基于上述调节方式,可以根据需要增加飞轮储能装置50的数量,以提高放电功率、延长放电时间,系统具有良好的可扩展性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,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、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统,其特征在于,该系统包括:
与交流供电电源连接的输入端;
与负载连接的输出端;
设于输入端与输出端之间的变频装置,所述变频装置包括:变频控制器、依次连接的用于交流-直流转换的整流器、用于直流-交流转换的逆变器,所述整流器的交流侧设于输入端,所述整流器的直流侧与所述逆变器的直流侧连接,所述逆变器的交流侧设于输出端,所述变频控制器控制所述逆变器输出与所述负载运行状态相适配的功率;
一端设于所述整流器与所述逆变器之间、用于给变频装置提供不间断供电的飞轮储能装置,所述飞轮储能装置被配置为当所述交流供电电源供电正常时,将电能转化为动能进行充电,当所述交流供电电源供电异常时,将动能转化为电能进行放电,为所述负载提供所需功率。
2.根据权利要求1所述的利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统,其特征在于,所述变频装置还包括滤波器,所述滤波器设于所述整流器与所述逆变器之间,所述飞轮储能装置的输入端设于所述滤波器与所述逆变器之间。
3.根据权利要求2所述的利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统,其特征在于,所述飞轮储能装置包括飞轮控制器、依次连接的用于直流-交流和交流-直流转换的双向变流器、飞轮电机以及飞轮本体,所述双向变流器的直流侧设于所述飞轮储能装置的输入端,交流侧与所述飞轮电机连接,所述飞轮控制器被配置为执行如下步骤:
不间断的检测所述双向变流器输入端的输入电压;
当所述输入电压大于或等于充电电压阈值时,控制所述交流供电电源的输出功率对所述飞轮储能装置进行充电;以及
当所述输入电压小于或等于放电电压阈值时,控制所述飞轮储能装置放电为所述负载提供所需功率。
4.一种利用飞轮储能给变频装置不间断供电的系统的控制方法,其特征在于,该控制方法包括:
不间断的检测所述双向变流器输入端的输入电压;
当所述输入电压大于或等于充电电压阈值时,控制所述交流供电电源的输出功率对所述飞轮储能装置进行充电;以及
当所述输入电压小于或等于放电电压阈值时,控制所述飞轮储能装置放电为所述负载提供所需功率。
5.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,当所述输入电压小于充电电压阈值且大于放电电压阈值,所述飞轮储能装置停止充放电。
6.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,所述“当所述输入电压大于或等于充电电压阈值时,控制所述交流供电电源的输出功率对所述飞轮储能装置进行充电”的步骤包括:
当所述输入电压大于或等于充电电压阈值时,控制所述双向变流器的功率方向从直流侧流向交流侧;
飞轮本体的转速低于最高转速时,控制充电功率为维持输入电压稳定在充电电压阈值所需功率,所述飞轮电机驱动所述飞轮本体旋转,将电能转化为飞轮本体的动能储存。
7.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于,
当所述输入电压大于或等于充电电压阈值且当飞轮本体的转速已达到最高转速时,控制充电功率为维持飞轮本体的最高转速所需功率。
8.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于,所述“当所述输入电压小于或等于放电电压阈值时,控制所述飞轮储能装置放电为所述负载提供所需功率”的步骤包括:
当所述输入电压小于或等于放电电压阈值时,控制所述双向变流器的功率方向从交流侧流向直流侧;
控制放电功率为维持输入电压保持在放电电压阈值所需功率,所述飞轮本体将储存的动能传递至所述飞轮电机并转化为电能为负载提供所需功率。
9.根据权利要求8所述的控制方法,其特征在于,当所述输入电压小于或等于放电电压阈值且飞轮本体转速低于最低转速时,所述飞轮储能装置停止放电。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181228 |