CN109687487B - 一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统及控制方法，包括：飞轮模块及压缩空气储能模块，所述飞轮模块通过无级变速器在离合器闭合时连接转盘，所述转盘通过电动机加速实现与飞轮转速的预同步，所述转盘与往复式压气机连接，往复式压气机连接压缩空气储能模块，压缩空气储能模块通过连接发电机补偿间歇式发电电源。飞轮储能和压缩空气储能采用机械耦合并联式结构，通过采集飞轮转速，确定离合器开关以及压缩空气储能工作状态，控制策略简单，易于操作和实现。

Description

一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统及控制方法

技术领域

本公开涉及控制技术领域，特别是涉及一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统及控制方法。

背景技术

人们对能源的需求与日俱增，能源供需矛盾日益突出，新能源的发展已经成为经济可持续发展的必然要求。风能、太阳能、潮汐能等新型能源发电已经成为当今世界能源研究的主流方向。大量分布式、间歇式的能源接入电网，缓解了能源压力，然而却也加剧了电网发-输-配-用电难以保持供需平衡的情形。导致用电高峰期，电网供电紧张，而深夜时，出现电力过剩的局面，同时也对电网的稳定造成了威胁。为了改变这一局面，人们一直在寻求将能源存储起来的方法，试图将低密度且波动性大的可再生能源实现高效率的广泛应用。现有的储能方式众多，主要包括化学储能和物理储能等。单一储能方式由于自身性能的限制，难以达到人们的要求，电力系统正在寻求一种高密度、长寿命、快响应、无污染且价格合理的复合储能系统。

压缩空气储能利用风机驱动空压机，将空气压入高压气罐、岩洞等容器，将风能转化为压缩空气势能存储。压缩空气储能具有环境污染小，使用寿命长，能量密度大，无相变损失等优点，在大时间尺度上可解决间歇式能源供需不匹配的矛盾，但压缩空气储能工作条件是空压机出气口压力大于储气瓶中气压，为了保证空压机工作，就要求环境风速大于最低工作风速，限制了低风速的利用，同时压缩空气储能作为一种容量型储能设备，其存在系统响应慢的缺点，平抑波动的能力较差。飞轮储能利用风机驱动电机，带动飞轮旋转将风能转化为动力势能。这些储能设备具有功率密度大，瞬时响应速度快，维护费用低等优点，可用于平抑秒级的功率波动，且响应速度较快，而飞轮储能作为一种功率型储能设备，又存在系统容量小的缺点，在大功率应用场合，需要叠加应用，增大了使用成本。

为了解决以上矛盾，人们尝试将两种储能方式结合使用，以复合储能的方式实现快速响应和大容量的要求。现有的研究主要是将压缩空气储能系统与飞轮储能系统通过电耦合的方式连接，当间歇式能源与电网负荷需求不平衡时，根据波动功率分为低频和高频，并分别由压缩空气储能和飞轮储能进行平抑。

现有技术公开了申请号为2014107972644，专利名称为“一种飞轮辅助的压缩空气混合储能系统及其控制方法”，压缩空气储能模块采用的是涡旋式压缩机，其基本工作原理是利用运动涡旋盘与固定涡旋盘的相对公转运动，从而形成封闭容积的连续变化，实现压缩气体。飞轮直接带动涡旋式压缩机工作，其工作特点为体积小，运行平稳、振动小、工作噪音小，但其功率较低，大都在10KW以内，从而限制了压缩空气储能模块的输出功率，因此该压缩机适用于小型系统。

该专利采用压缩膨胀一体模式，即采用了涡旋式压缩膨胀机复合机，从而压缩过程与膨胀过程中，涡旋式压缩膨胀复合机始终与飞轮机械耦合。

这种混合储能方式较好的结合了压缩空气储能和飞轮储能的优点，在不同时间尺度上平抑了间歇式能源输出功率波动。然而对于飞轮这一功率型储能元件，长时间充电很容易超过其容量，而对于压缩空气储能这一能量型储能元件，比较频繁的充放电会缩短其使用寿命。且电耦合方式由于其能量转换环节较多，系统的整体效率有所降低，同时并未解决压缩空气储能启动慢，状态切换时间长的问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开的实施例子公开了一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统，可以有效发挥两种储能的优势，且两种储能通过机械耦合的方式，转化效率高。

为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统，包括：飞轮模块及压缩空气储能模块，所述飞轮模块通过无级变速器在离合器闭合时连接转盘，所述转盘通过电动机加速实现与飞轮角速度的预同步，所述转盘与往复式压气机连接，往复式压气机连接压缩空气储能模块，压缩空气储能模块通过连接发电机补偿间歇式发电电源。

进一步的技术方案，所述飞轮模块包括动力机、能量转换模块；

所述动力机的一端与间歇式电源相连，动力机的另一端连接至能量转换模块，所述能量转换模块通过飞轮转动将电能以机械能形式进行储存。

进一步的技术方案，所述飞轮分别连接至无级变速器及能量控制模块，所述能量控制模块分别连接至电动机及无级变速器，所述无级变速器、离合器、转盘、电动机依次连接；

在所述飞轮与所述转盘通过离合器接合之前，能量控制模块控制电动机带动转盘升速，实现转盘与飞轮角速度的预同步。

进一步的技术方案，所述压缩空气储能模块包括依次连接的往复式气压机、气罐、膨胀机及发电机；

当转盘与飞轮同步之后，能量控制模块控制无级变速器工作，飞轮通过无级变速器变速带动转盘转动并且转盘通过机械耦合方式，带动往复式压气机工作，往复式压气机与气罐连接，将机械能转换为压缩空气内能储存在气罐中。

进一步的技术方案，当所述飞轮角速度工作在指定角速度区间，气罐工作在膨胀状态时，带动膨胀机做功，并通过发电机发电，对间歇式电源进行补偿。

进一步的技术方案，所述能量控制模块通过采集飞轮角速度，控制无级变速器变比和离合器通断，并通过变频装置控制预同步电动机工作。

进一步的技术方案，所述能量转换模块为飞轮结构，可以通过角速度的变化吸收和释放能量，将电能以机械能形式储存起来。

本公开的实施例子公开了一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统的控制方法，包括：

根据飞轮的额定角速度，将角速度划分为不同的角速度区间，在不同的角速度区间内，飞轮模块和压缩空气储能模块分别处于不同的工作状态；

ω₀为飞轮当前角速度，ω_{f_max}为飞轮角速度上限，ω_{f_min}为飞轮的角速度下限，ω₁为飞轮通过带动往复式压气机，将动能储存于压缩空气内能的临界角速度，此时离合器吸合，ω₁’为离合器断开，压缩空气储能停止储能的临界角速度，ω₂为压缩空气储能装置释放能量，补偿间歇式电源，并由飞轮吸收能量的临界角速度，ω₂’为压缩空气储能装置停止释放能量，飞轮储能恢复到正常平抑间歇式电源波动的状态的临界角速度；

角速度区间1:ω₂’＜ω₀＜ω₁’时，飞轮处于正常平抑间歇式电源功率波动状态，离合器断开，压缩空气储能装置既不蓄能，也不释能，飞轮对功率波动进行及时有效地平抑；

角速度区间2:ω₁’＜ω₀＜ω₁时，分为两种工作状态，若角速度由大于ω₁回落到本角速度区间，则工作状态为飞轮在平抑间歇式发电电源功率同时，带动转盘转动，转盘带动往复式压气机向压缩空气储能模块输送能量，此时离合器闭合，压缩空气储能处于压缩状态；若角速度由小于ω₁’升至本角速度区间，则工作状态同角速度区间1；

角速度区间3:ω₁＜ω₀＜ω_{f_max}时，飞轮在平抑间歇式发电电源功率同时，带动转盘，转盘带动往复式压气机向压缩空气储能模块输送能量，此时离合器闭合，压缩空气储能处于压缩状态；

角速度区间4:ω₂＜ω₀＜ω₂’时，分为两种工作状态，若角速度由大于ω₂’回落到本角速度区间，则工作状态同角速度区间1，若角速度由小于ω₂上升至本角速度区间，则工作状态为飞轮平抑间歇式电源功率，同时，压缩空气储能模块处于膨胀状态，释放一定功率对电源进行补偿，与此同时，离合器处于断开状态；

角速度区间5:ω_{f_min}＜ω₀＜ω₂时，飞轮平抑间歇式电源功率，同时，压缩空气储能模块处于膨胀状态，释放一定功率对电源进行补偿，与此同时，离合器处于断开状态。

进一步的技术方案，在飞轮与所述转盘通过离合器接合之前，能量控制模块控制电动机带动转盘升速，实现转盘与飞轮角速度的预同步；

当转盘与飞轮同步之后，能量控制模块控制无级变速器工作，飞轮通过无级变速器变速带动转盘转动并且转盘通过机械耦合方式，带动往复式压气机工作，往复式压气机与气罐连接，将机械能转换为压缩空气内能储存在气罐中。

进一步的技术方案，所述发电机所发出的电能一部分对间歇式电源进行补偿，另一部分传输至电网。

进一步的技术方案，所述动力机在作为发电机时，将飞轮的机械能转换为电能，并将电能输送至电网，所述动力机在作为电动机时，将间歇式电源的电能转换为机械能，并带动飞轮转动。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

(1)将飞轮储能响应速度快的优点和压缩空气储能容量大的优点结合，以一种复合储能的形式，构建了一个大容量、快响应的储能系统。

(2)飞轮储能和压缩空气储能采用机械耦合并联式结构，通过采集飞轮角速度，确定离合器开关以及压缩空气储能工作状态，控制策略简单，易于操作和实现。

(3)压缩空气储能压缩和膨胀工作状态都对应着一个飞轮角速度区间，采用角速度滞环控制，避免了压缩空气储能因频繁开断而影响系统可靠性和压缩空气储能寿命。

(4)本公开的技术方案采用往复式压气机，往复式压气机的是通过气缸内活塞或隔膜的往复运动使缸体容积周期变化并实现气体的增压和输送的一种压缩机，因此往复式压气机需要与转盘相连，转盘带动连杆与活塞进行压气工作，在结构上完全不同于涡旋式压缩机。往复式压缩机输出功率可达几百KW甚至1MW，远高于涡旋式压缩机，提高了压缩空气储能模块的输出功率等级，从而系统的适用范围大幅度增加，便于更大范围吸纳新能量。

本公开的技术方案采用的往复式压缩机与透平式膨胀机不存在复用关系，只有压缩过程存在往复式压缩机与飞轮的机械耦合。

(5)本公开的技术方案在飞轮带动转盘之前，先由能量控制模块采集角速度信息，并作为电动机控制信号，转盘迅速升速，实现角速度预同步，避免飞轮直接高速带动转盘产生的机械损耗。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开实施例子的原理结构图；

其中：1、电网，2、间歇式电源，3、发电/电动机，4、能量转换模块，5、无级变速器，6、能量控制模块，7、离合器，8、转盘，9、电动机，10、往复式压气机，11、气罐，12、气路，13、膨胀机，14、发电机；

图2为本公开实施例子的飞轮速度与储能状态转换示意图；

其中空白箭头表示飞轮平抑间歇性电源，浅灰箭头表示压缩空气储能处于压缩储能状态，深灰箭头表示压缩空气储能处于膨胀释能状态。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种机械耦合式复合储能系统，包括间歇式发电电源、能量控制模块、动力机、能量转换模块、无级变速器、转盘、预同步电动机、机械耦合模块和压缩空气储能模块。其中，间歇式发电电源连接动力机，动力机通过变速装置连接能量转换模块相连，能量转换模块通过无级变速器在离合器闭合时连接转盘，转盘通过电动机加速实现角速度的预同步，转盘与往复式压气机连接，往复式压气机通过气路连接压缩空气储能模块，压缩空气储能模块通过透平连接发电机补偿间歇式发电电源。能量控制模块采集间歇式发电电源的发电功率和电网负荷，并通过两者差值确定储能系统的充放电状态。离合器通过飞轮的角速度确定通断状态，即通过飞轮速度确定压缩控制储能模块的储能状态。

机械耦合模块指飞轮通过无级变送器，转盘与离合器，与往复式压气机相耦合；压缩空气储能模块指离合器右边的往复式压气机，气罐，膨胀机，发电机这些压缩空气储能设备组成的模块。

透平即此处的涡轮膨胀机，与发电机相连，机械能转化为电能。

修正：能量控制模块通过采集飞轮角速度，控制无级变速器变比和离合器通断，并通过变频装置控制预同步电动机工作，即带动往复式压气机工作，压缩空气储能模块处于压气过程。

在具体实施例子中，间歇式电源：具有波动性和间歇性的可再生能源，如：风能等。间歇式电源所接动力机为一般采用多极发电/电动机。

能量转换模块为飞轮结构，可以通过角速度的变化吸收和释放能量，将电能以机械能形式储存起来。飞轮：平抑间歇式电源的功率波动，并在角速度达到一定程度时，将能量传递给压缩空气储能储存。

无级变速器采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配。此处的传动系指无级变送器内部传动带，发动机指与其相连的飞轮。

具体的，无级变速器通过无级变速升高传动比，将风机的小转矩变成大转矩，以在飞轮储能初期克服惯性驱动飞轮转动。此外，根据等级输出角速度以及飞轮角速度自动调节变速比，转换后的风机角速度必须小于飞轮的角速度才能驱动飞轮，提升飞轮储能效率。

在具体实施例子中，离合器：根据飞轮角速度区间的变化，确定离合器的通断状态以及压缩空气储能工作状态。

在具体实施例子中，能源控制模块：采集飞轮角速度信号，控制无级变速器角速度比和离合器通断，并通过变频装置给电动机发送控制信号，带动转盘升速，实现角速度预同步。电动机：通过能量控制模块输入控制信号，实现转盘的快速升速。转盘：飞轮和往复式压气机的纽带，并通过角速度预同步，避免飞轮与往复式压气机直接接触时的机械冲击。往复式压气机：转盘和储气罐的机械连接部分，将机械能通过空气压缩转换成空气内能存储于储气罐中。储气罐：当飞轮存储的能量达到一定程度时，吸收飞轮传输的能量，此时工作在压缩状态；当飞轮角速度下降到一定程度，不足以支撑间歇式电源对电网负荷的要求时，通过膨胀机膨胀发电供给间歇式电源，使系统保持基本稳定。膨胀机：高压气体膨胀做功时，带动发电机发电。发电机：当压缩空气储能需要对间歇式电源进行补偿时，储气罐的高压气体通过气路驱动膨胀机，并驱动发电机发电。

压缩空气储能模块，为直接由机械轴驱动压缩。并复用作为膨胀机实现压缩空气膨胀做功。预同步电动机为速度响应快，调速范围广的高性能伺服传动永磁同步伺服电动机。膨胀机做功带动的发电机为永磁同步电机。往复式压气机指由气缸、活塞和气阀组成的空气压缩装置。离合器两侧设有角速度传感器。

在本公开的另一实施例子中，基于上述系统的控制方法，具体实现方法为：

飞轮通过能量的存储和释放平抑间歇式能源的功率波动，采集飞轮角速度，并根据飞轮的额定角速度等，将角速度划分为5个角速度区间，在不同的角速度区间内，飞轮结构和压缩空气储能模块分别处于不同的工作状态。

如图2所示，其中，ω₀为飞轮当前角速度，ω_{f_max}为飞轮角速度上限，ω_{f_min}为飞轮的角速度下限，ω₁为飞轮通过带动往复式压气机，将动能储存于压缩空气内能的临界角速度，此时离合器吸合，ω₁’为离合器断开，压缩空气储能停止储能的临界角速度，ω₂为压缩空气储能装置释放能量，补偿间歇式电源，并由飞轮吸收能量的临界角速度，ω₂’为压缩空气储能装置停止释放能量，飞轮储能恢复到正常平抑间歇式电源波动的状态的临界值。

角速度区间1:ω₂’＜ω₀＜ω₁’时，飞轮处于正常平抑间歇式电源功率波动状态，离合器断开，压缩空气储能装置既不蓄能，也不释能，飞轮利用其响应速度快的优点，对功率波动进行及时有效地平抑。

角速度区间2:ω₁’＜ω₀＜ω₁时，系统分为两种工作状态，若角速度由大于ω₁回落到本角速度区间，则工作状态为飞轮在平抑间歇式发电电源功率同时，带动转盘转动，转盘带动往复式压气机向压缩空气储能模块输送能量，此时离合器闭合，压缩空气储能处于压缩状态；若角速度由小于ω₁’升至本角速度区间，则工作状态同角速度区间1。

角速度区间3:ω₁＜ω₀＜ω_{f_max}时，飞轮在平抑间歇式发电电源功率同时，带动转盘，转盘带动往复式压气机向压缩空气储能模块输送能量，此时离合器闭合，压缩空气储能处于压缩状态。

角速度区间4:ω₂＜ω₀＜ω₂’时，系统分为两种工作状态，若角速度由大于ω₂’回落到本角速度区间，则工作状态同角速度区间1。若角速度由小于ω₂上升至本角速度区间，则工作状态为飞轮平抑间歇式电源功率，同时，压缩空气储能模块处于膨胀状态，释放一定功率对电源进行补偿，与此同时，离合器处于断开状态。

角速度区间5:ω_{f_min}＜ω₀＜ω₂时，飞轮平抑间歇式电源功率，同时，压缩空气储能模块处于膨胀状态，释放一定功率对电源进行补偿，与此同时，离合器处于断开状态。

应用以上控制策略，通过实时采样飞轮角速度值决定系统的工作状态，飞轮储能和压缩空气储能充放电状态不同步，充分发挥了飞轮储能响应速度快和压缩空气储能容量大的优势，从而使本发明既实现了快速平抑间歇式电源输出功率的要求，又实现了电能的削峰填谷。飞轮储能和压缩空气储能通过机械耦合的方式连接，提高了储能效率。

机械耦合是指飞轮模块通过无级变速器在离合器闭合时连接转盘，转盘通过无级变送器加速实现与飞轮角速度的预同步，所述转盘与往复式压气机连接，往复式压气机连接压缩空气储能模块。从而实现飞轮模块与压缩空气储能模块的机械耦合。

在上述实施例子中，间歇式电源2通过飞轮储能加压缩空气储能的复合储能平抑以后，供给电网1负荷。在平抑过程中，通过串联式的机械耦合方式将两种储能连接起来，间歇式电源2和发电/电动机3相连，将能量转换为机械动能存储于飞轮储能，带动飞轮4转动。无级变速器5和离合器7通过能量控制模块6的控制决定其工作状态，转盘8在离合器7闭合之前由电动机加速，在速度达到与飞轮同步之后，由飞轮4带动转动并通过机械耦合方式，带动往复式压气机10工作。往复式压气机10与气罐连接，将机械能转换为压缩空气内能储存在气罐11中。当飞轮角速度工作在指定角速度区间，气罐工作在膨胀状态时，压缩空气通过气路12，带动膨胀机13做功，并通过发电机14发电，对间歇式电源进行补偿。

飞轮所储存的动能计算为：

式中：J_f为飞轮的转动惯量，ω₀和ω_m分别为飞轮的当前角速度和最低角速度。由上式可知飞轮存储的能量与角速度的平方成正比。

采用角速度滞环控制，根据之前的飞轮与压缩空气储能的控制策略，及发电机，间歇式能源的发电状态与负载的工况关系，系统整体的工作状态可分为储能状态与释能状态，且角速度滞环控制体现在两个工作状态的区间中。

当间歇式能源发电高于负载工况时，系统处于储能状态，带动飞轮角速度上升。角速度从区间5，依次上升到角速度区间1，此时飞轮转动，系统通过飞轮储能,来平抑间歇式电源；当角速度继续上升至区间2的上边界即角速度ω₁时，离合器闭合，压缩空气储能模块接入，往复式压气机由转盘带动进行压缩过程。由于压缩空气储能模块的接入，使得角速度上升至区间5后，开始逐渐降低，降低至之前离合器接入点ω₁时，速度继续降低，一直降低至区间2的下边界ω₁’时，离合器断开，压缩空气储能模块切除。实现了角速度先升高至ω₁时，压缩空气储能模块接入系统，角速度再降低至ω₁’时，压缩空气储能模块切除的滞环控制。

当间歇式能源发电低于负载工况时，系统处于释能状态，飞轮角速度下降。角速度从区间3，一直下降到角速度区间1，此时飞轮转动，系统仅通过飞轮储能来平抑间歇式电源；当角速度继续下降至区间4的下边界即角速度ω₂时，压缩空气储能模块透平膨胀机发电，系统向电网负载侧释放能量。而角速度下降至区间5后，开始逐渐提升，提升至之前的透平膨胀机工作点ω₂时，速度继续上升，一直提升至区间4的上边界ω₂’时，压缩空气储能模块停止工作。实现了角速度先降低至ω₂时，透平膨胀机工作，角速度再升高至ω₂’时，透平膨胀机停止工作的滞环控制。

本公开涉及的复合储能系统，以飞轮储能优先响应为原则，能量管理装置实时采集飞轮角速度，并以飞轮角速度ω_f作为不同储能状态之间切换的依据，将角速度划分为5个角速度区间，在不同的角速度区间内，飞轮模块和压缩空气储能模块分别处于不同的工作状态。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统的控制方法，其特征是，包括：

根据飞轮的额定角速度，将转速划分为不同的角速度区间，在不同的角速度区间内，飞轮模块和压缩空气储能模块分别处于不同的工作状态；

ω₀为飞轮当前角速度，ω_{f_max}为飞轮角速度上限，ω_{f_min}为飞轮的角速度下限，ω₁为飞轮通过带动往复式压气机，将动能储存于压缩空气内能的临界角速度，此时离合器吸合，ω₁ ^’为离合器断开，压缩空气储能停止储能的临界角速度，ω₂为压缩空气储能装置释放能量，补偿间歇式电源，并由飞轮吸收能量的临界角速度，ω₂ ^’为压缩空气储能装置停止释放能量，飞轮储能恢复到正常平抑间歇式电源波动的状态的临界角速度；

角速度区间1:ω₂ ^’＜ω₀＜ω₁ ^’时，飞轮处于正常平抑间歇式电源功率波动状态，离合器断开，压缩空气储能装置既不蓄能，也不释能，飞轮对功率波动进行及时有效地平抑；

角速度区间2:ω₁ ^’＜ω₀＜ω₁时，分为两种工作状态，若角速度由大于ω₁回落到本角速度区间，则工作状态为飞轮在平抑间歇式发电电源功率同时，带动转盘转动，转盘带动往复式压气机向压缩空气储能模块输送能量，此时离合器闭合，压缩空气储能处于压缩状态；若角速度由小于ω₁ ^’升至本角速度区间，则工作状态同角速度区间1；

角速度区间3:ω₁＜ω₀＜ω_{f_max}时，飞轮在平抑间歇式发电电源功率同时，带动转盘，转盘带动往复式压气机向压缩空气储能模块输送能量，此时离合器闭合，压缩空气储能处于压缩状态；

角速度区间4:ω₂＜ω₀＜ω₂ ^’时，分为两种工作状态，若角速度由大于ω₂ ^’回落到本角速度区间，则工作状态同角速度区间1，若角速度由小于ω₂上升至本角速度区间，则工作状态为飞轮平抑间歇式电源功率，同时，压缩空气储能模块处于膨胀状态，释放一定功率对电源进行补偿，与此同时，离合器处于断开状态；

角速度区间5:ω_{f_min}＜ω₀＜ω₂时，飞轮平抑间歇式电源功率，同时，压缩空气储能模块处于膨胀状态，释放一定功率对电源进行补偿，与此同时，离合器处于断开状态。

2.如权利要求1所述的一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统的控制方法，其特征是，所述发电机所发出的电能一部分对间歇式电源进行补偿，另一部分传输至电网。

3.如权利要求1所述的一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统的控制方法，其特征是，动力机在作为发电机时，将飞轮的机械能转换为电能，并将电能输送至电网，所述动力机在作为电动机时，将间歇式电源的电能转换为机械能，并带动飞轮转动。

4.一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统，实现如权利要求1-3任一项所述的一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统的控制方法，其特征是，包括：飞轮模块及压缩空气储能模块，所述飞轮模块通过无级变速器在离合器闭合时连接转盘，所述转盘通过电动机加速实现与飞轮转速的预同步，所述转盘与往复式压气机连接，往复式压气机连接压缩空气储能模块，压缩空气储能模块通过连接发电机补偿间歇式发电电源。

5.如权利要求4所述的一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统，其特征是，所述飞轮模块包括动力机、能量转换模块；

所述动力机的一端与间歇式电源相连，动力机的另一端连接至能量转换模块，所述能量转换模块通过飞轮转动将电能以机械能形式进行储存。

6.如权利要求4所述的一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统，其特征是，所述飞轮分别连接至无级变速器及能量控制模块，所述能量控制模块分别连接至电动机及无级变速器，所述无级变速器、离合器、转盘、电动机依次连接；

在所述飞轮与所述转盘通过离合器接合之前，能量控制模块控制电动机带动转盘升速，实现转盘与飞轮转速的预同步。

7.如权利要求4所述的一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统，其特征是，所述压缩空气储能模块包括依次连接的往复式气压机、气罐、膨胀机及发电机；

当转盘与飞轮同步之后，能量控制模块控制无级变速器工作，飞轮通过无级变速器变速带动转盘转动并且转盘通过机械耦合方式，带动往复式压气机工作，往复式压气机与气罐连接，将机械能转换为压缩空气内能储存在气罐中。

8.如权利要求4所述的一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统，其特征是，当所述飞轮转速工作在指定转速区间，气罐工作在膨胀状态时，带动膨胀机做功，并通过发电机发电，对间歇式电源进行补偿。

9.如权利要求6所述的一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统，其特征是，所述能量控制模块通过采集飞轮转速，控制无级变速器变比和离合器通断，并通过变频装置控制预同步电动机工作。

10.如权利要求5所述的一种机械耦合式飞轮辅助的复合储能系统，其特征是，所述能量转换模块为飞轮结构，可以通过转速的变化吸收和释放能量，将电能以机械能形式储存起来。

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