CN110182053A - 一种磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统 - Google Patents

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Abstract

一种磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统，用于完成磁悬浮储能飞轮任意转速下的快速制动和能量释放，在各子系统出现故障时均可实现飞轮能量的可靠制动，保证系统运行的安全性和可靠性，同时为磁悬浮储能飞轮的维护停机提供可靠的能量制动方案。飞轮能量制动保护系统组成：储能飞轮电机系统、变流器系统、磁轴承控制器、主监控器、制动继电器、制动电阻、继电器驱动板、紧急制动按钮等。其中，磁轴承控制器、变流器系统、主监控器和紧急制动按钮分别通过I/O干接点与继电器驱动电路板连接，继电器驱动电路板驱动制动继电器动作，用于将储能飞轮电机系统与制动电阻进行串联，以此飞轮转子的动能通过制动电阻转化为热能消耗，完成飞轮快速制动过程。本发明用于磁悬浮储能飞轮能量可靠制动保护控制。

Description

一种磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统
技术领域：
本发明涉及一种磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统。
背景技术：
与其它储能方式对比，储能飞轮是一种新型的物理储能技术，与传统抽水蓄能、压缩空气储能并列为物理储能的主要三种方式。抽水蓄能和压缩空气储能可提供长时间、大容量储能，但效率和经济性较差，而飞轮储能以短时大功率和长时低功率性能为主，效率高，经济性好，成为目前快速兴起的储能技术。由于磁悬浮控制技术的快速发展，采用磁悬浮轴承作为支撑技术的储能飞轮可以向更高转速、更低损耗、更便于维护等优越性能发展，磁悬浮储能飞轮已经成为储能领域重点关注的前沿技术。
作为储能飞轮系统的两大关键技术：电机控制系统和磁悬浮控制系统，电机控制系统用于完成飞轮高速旋转储能和高效率发电释能，磁悬浮控制系统用于完成飞轮高速旋转过程中的可靠悬浮(飞轮转子与壳体无接触)。根据熟知技术，飞轮的储能量与转子的赤道转动惯量成正比，同时与转子的角速度平方成正比。因此，为了提高飞轮储能容量，通常需要增大飞轮转子直径或者提高飞轮的额定转速，这两种情况都要求重点关注大惯量转子在高速旋转过程的安全性和保护措施。为保证系统安全性，通常需要配置能量制动单元或者回馈放电方式将飞轮能量进行释放。但是，一旦功率单元故障，回馈发电方式无法正常运行，而采用电阻能耗制动是比较可靠的飞轮制动方式，即使电机功率单元故障或者失效，同样可以将飞轮能量以电阻热能消耗掉。目前，电阻能耗制动在电机制动单元中有一定的应用，但是综合考虑磁悬浮储能飞轮的运行过程，从磁悬浮控制系统、变流器系统、主监控系统和紧急停机等方面均可以进行自主飞轮制动控制，还没有相关专利和应用研究。本发明目的在于解决磁悬浮储能飞轮在任意转速情况下的能量可靠制动问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统，可用于飞轮在任意转速进行能量制动，实现由磁悬浮控制系统、变流器系统、主监控系统和紧急制动按钮等多方面并列刹车制动功能，保证即使在主系统出现故障时仍能可靠的完成飞轮能量制动，提高系统运行的安全性和可靠性。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统，其特征是：本发明的系统结构包括：主监控器、变流器、飞轮电机、磁轴承控制器、继电器驱动板、制动继电器、制动电阻、急停按钮、温度监测系统及真空系统。
其中，温度监测系统通过485总线与主监控器连接，用于采集飞轮本体系统温度信息并传送给主监控器；真空系统通过485总线与主监控器连接，用于采集飞轮本体系统真空度信息并传送给主监控器。主监控器输出一路I/O干接点，变流器输出一路I/O干接点，磁轴承控制器输出一路I/O干接点，外部急停按钮输出一路I/O干接点，这四路I/O干接点分别与继电器驱动板连接，用于提供紧急制动信号。继电器驱动板输出一路24V有源信号，用于驱动制动继电器闭合；同时，继电器驱动板输出一路I/O干接点，与变流器的一路输入I/O点连接，用于与变流器传送制动信息，之后触发变流器无条件停机。在四路制动信号控制下，制动继电器闭合，制动电阻通过制动继电器的主触点接入飞轮电机系统回路中，用于将飞轮储存的动能量以制动电阻热能形式消耗，完成飞轮制动过程。
本发明的飞轮能量制动保护系统分为四种保护模式：变流器制动保护模式、磁悬浮控制器制动保护模式、主监控器制动保护模式、急停按钮制动保护模式。具体控制逻辑和实施步骤如下：
(1)变流器制动保护模式：变流器在运行过程中存在四种工作状态，充电状态、放电状态、保持状态和保护状态。当系统正常时，变流器处于前三种工作状态，一旦系统出现故障，包括过压、欠压、过流、短路、断路、通信中断、功率组件过热等故障信号，则变流器立即停机并进入保护状态，此时变流器无法继续对飞轮电机进行有效控制，直至故障清除。为保证系统运行安全性，变流器通过一路输出干接点与继电器驱动板进行连接(图中I/O-1)，默认情况下该路干接点为常开状态，一旦变流器输出常闭干接点信息，继电器驱动板即输出24V电压信号驱动制动继电器闭合(图中24V-1)。同时，继电器驱动板输出一路干接点与主监控器和变流器连接(图中I/O-2)，默认情况下该路干接点为常开状态，当继电器驱动板输出24V电压后，该路干接点转化为常闭状态，主监控器通过查询该路干接点状态用于制动界面显示，变流器通过查询该路干接点用于再次触发停机功能。当继电器驱动板输出24V电压信号，制动继电器处于闭合状态，飞轮电机三相信号U/V/W接入制动电阻回路，制动电阻采用三相星型接法，飞轮转子切割定子磁感线产生的反电势电压作用在制动电阻中生成反向电流，形成制动力矩用以强制飞轮转子降速。其中，制动电阻的相电阻阻值可选择与电机定子相电阻阻值接近，而且制动电阻功率可略小于电机功率。下文所述内容中有关制动电阻、制动继电器动作和继电器驱动板逻辑控制部分均与上文一致。
(2)磁悬浮控制器制动保护模式：磁悬浮控制器的作用是保持飞轮转子在任意转速下与壳体之间的完全悬浮、无接触，而根据陀螺常识可知，飞轮转子在高速旋转过程中会产生较强的陀螺效应、章动效应，加剧磁悬浮控制器的悬浮难度和控制精度，一旦由于转子干扰而引起悬浮失控，或者磁悬浮系统故障而导致控制系统失效，均会造成飞轮转子失稳，严重时转子与保护轴承、磁轴承产生高速摩擦而造成飞轮本体损坏，因此必须进行飞轮转子的制动保护。磁悬浮控制器通过采集位移传感器数据获取飞轮转子的悬浮位移量，并对位移量进行处理得到飞轮转子的悬浮状态，一旦飞轮转子失稳，则磁悬浮控制器的悬浮状态从正常切换为失稳，并通过一路干接点与继电器驱动板连接(图中I/O-5)。默认情况下该路干接点为常开状态，当控制器判断出飞轮转子失稳后，磁悬浮控制器将该路干接点转化为常闭状态，用于完成继电器驱动板到制动继电器的保护动作，完成飞轮电机与制动电阻的投切过程。同时，当继电器驱动板输出24V电压后，继电器输出干接点I/O-2转化为常闭状态，主监控器通过查询该路干接点状态用于制动界面显示，变流器系统通过查询该路干接点用于触发变流器停机功能。
(3)主监控器制动保护模式：飞轮本体配置温度监测系统和真空系统，温度监测系统和真空系统都具备标准RS485接口，主监控器通过485总线分别与温度监测系统和真空系统连接，用于实时获取飞轮本体内部温度和真空度信息。其中，温度信息包括电机温度、磁轴承温度、机械轴承温度、飞轮转子温度等，真空度为飞轮转子所在密封腔体的真空值。主监控器设置温度阈值和真空度阈值，一旦飞轮本体任意一组温度超过设定阈值，或者真空度超过设定阈值，主监控器均通过一路干接点与继电器驱动板连接，并将干接点默认的常开状态切换为常闭状态，则继电器驱动板输出24V电压信号用于驱动制动继电器闭合。同时，当继电器驱动板输出24V电压后，继电器输出干接点I/O-2转化为常闭状态，变流器系统通过查询该路干接点用于触发变流器停机功能。
(4)急停按钮制动保护模式：在变流器系统、磁悬浮系统和主监控系统均正常工作情况下，在某些条件下需要多设备进行维护、保养，可以通过外部急停按钮进行飞轮转子的制动停机。急停按钮通过一路干接点与继电器驱动板连接(图中I/O-4)，默认情况下该路干接点为常开状态，一旦急停按钮按下，该干接点切换为常闭状态，则继电器驱动板输出24V电压信号用于驱动制动继电器闭合。同时，当继电器驱动板输出24V电压后，继电器输出干接点I/O-2转化为常闭状态，主监控器通过查询该路干接点状态用于制动界面显示，变流器系统通过查询该路干接点用于触发变流器停机功能。
一种磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统，其特征是权利要求1中所述的四种飞轮转子能量制动保护模式，互为并列和互锁关系，继电器驱动板查询到四路输入干接点(I/O-1、I/0-3、I/O-4、I/O-5)任意一路处于闭合状态，则系统进入制动保护模式，则继电器驱动板输出24V电压信号用于驱动制动继电器闭合，完成飞轮电机与制动电阻的投切过程。
一种磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统，其特征是权利要求1中所述的四种飞轮转子能量制动保护模式，当继电器驱动板输出24V电压后，继电器输出干接点I/O-2转化为常闭状态，变流器系统通过查询该路干接点用于触发变流器停机功能。在任意制动保护模式下，均需要给变流器系统发送停机信号，否则飞轮能量无法通过制动电阻消耗。在图中，由于制动电阻只有在保护模式下才发挥作用，采用制动继电器和制动电阻不串联在主路中使用，目的是提高系统可靠性和降低成本。
有益效果：
1.本发明提供了一种磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统，实现了磁悬浮储能飞轮可靠的能量制动控制，可以在多个子系统出现故障或者强制停机时进行任意转速下的飞轮能量制动，子系统包括磁悬浮控制系统、变流器系统、主监控系统和紧急制动输入系统，进一步提高了飞轮高速运行的安全性和可靠性。
2.本发明提供了磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统的控制方案，给出了制动系统驱动单元设计思路和控制逻辑，均为成熟、可靠技术，拓展了磁悬浮储能飞轮在高速大关量领域的应用前景。
附图说明：
附图1是本发明的磁悬浮储能飞轮能量制动系统原理图。
附图2是本发明的磁悬浮储能飞轮在制动保护模式时的能量流向图。
具体实施方式：
实施例1：一种磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统，本发明的系统结构包括：主监控器、变流器、飞轮电机、磁轴承控制器、继电器驱动板、制动继电器、制动电阻、急停按钮、温度监测系统及真空系统。
其中，温度监测系统通过485总线与主监控器连接，用于采集飞轮本体系统温度信息并传送给主监控器；真空系统通过485总线与主监控器连接，用于采集飞轮本体系统真空度信息并传送给主监控器。主监控器输出一路I/O干接点，变流器输出一路I/O干接点，磁轴承控制器输出一路I/O干接点，外部急停按钮输出一路I/O干接点，这四路I/O干接点分别与继电器驱动板连接，用于提供紧急制动信号。继电器驱动板输出一路24V有源信号，用于驱动制动继电器闭合；同时，继电器驱动板输出一路I/O干接点，与变流器的一路输入I/O点连接，用于与变流器传送制动信息，之后触发变流器无条件停机。在四路制动信号控制下，制动继电器闭合，制动电阻通过制动继电器的主触点接入飞轮电机系统回路中，用于将飞轮储存的动能量以制动电阻热能形式消耗，完成飞轮制动过程。
本发明的飞轮能量制动保护系统分为四种保护模式：变流器制动保护模式、磁悬浮控制器制动保护模式、主监控器制动保护模式、急停按钮制动保护模式。具体控制逻辑和实施步骤如下：
(1)变流器制动保护模式：变流器在运行过程中存在四种工作状态，充电状态、放电状态、保持状态和保护状态。当系统正常时，变流器处于前三种工作状态，一旦系统出现故障，包括过压、欠压、过流、短路、断路、通信中断、功率组件过热等故障信号，则变流器立即停机并进入保护状态，此时变流器无法继续对飞轮电机进行有效控制，直至故障清除。为保证系统运行安全性，变流器通过一路输出干接点与继电器驱动板进行连接(图中I/O-1)，默认情况下该路干接点为常开状态，一旦变流器输出常闭干接点信息，继电器驱动板即输出24V电压信号驱动制动继电器闭合(图中24V-1)。同时，继电器驱动板输出一路干接点与主监控器和变流器连接(图中I/O-2)，默认情况下该路干接点为常开状态，当继电器驱动板输出24V电压后，该路干接点转化为常闭状态，主监控器通过查询该路干接点状态用于制动界面显示，变流器通过查询该路干接点用于再次触发停机功能。当继电器驱动板输出24V电压信号，制动继电器处于闭合状态，飞轮电机三相信号U/V/W接入制动电阻回路，制动电阻采用三相星型接法，飞轮转子切割定子磁感线产生的反电势电压作用在制动电阻中生成反向电流，形成制动力矩用以强制飞轮转子降速。其中，制动电阻的相电阻阻值可选择与电机定子相电阻阻值接近，而且制动电阻功率可略小于电机功率。下文所述内容中有关制动电阻、制动继电器动作和继电器驱动板逻辑控制部分均与上文一致。
(2)磁悬浮控制器制动保护模式：磁悬浮控制器的作用是保持飞轮转子在任意转速下与壳体之间的完全悬浮、无接触，而根据陀螺常识可知，飞轮转子在高速旋转过程中会产生较强的陀螺效应、章动效应，加剧磁悬浮控制器的悬浮难度和控制精度，一旦由于转子干扰而引起悬浮失控，或者磁悬浮系统故障而导致控制系统失效，均会造成飞轮转子失稳，严重时转子与保护轴承、磁轴承产生高速摩擦而造成飞轮本体损坏，因此必须进行飞轮转子的制动保护。磁悬浮控制器通过采集位移传感器数据获取飞轮转子的悬浮位移量，并对位移量进行处理得到飞轮转子的悬浮状态，一旦飞轮转子失稳，则磁悬浮控制器的悬浮状态从正常切换为失稳，并通过一路干接点与继电器驱动板连接(图中I/O-5)。默认情况下该路干接点为常开状态，当控制器判断出飞轮转子失稳后，磁悬浮控制器将该路干接点转化为常闭状态，用于完成继电器驱动板到制动继电器的保护动作，完成飞轮电机与制动电阻的投切过程。同时，当继电器驱动板输出24V电压后，继电器输出干接点I/O-2转化为常闭状态，主监控器通过查询该路干接点状态用于制动界面显示，变流器系统通过查询该路干接点用于触发变流器停机功能。
(3)主监控器制动保护模式：飞轮本体配置温度监测系统和真空系统，温度监测系统和真空系统都具备标准RS485接口，主监控器通过485总线分别与温度监测系统和真空系统连接，用于实时获取飞轮本体内部温度和真空度信息。其中，温度信息包括电机温度、磁轴承温度、机械轴承温度、飞轮转子温度等，真空度为飞轮转子所在密封腔体的真空值。主监控器设置温度阈值和真空度阈值，一旦飞轮本体任意一组温度超过设定阈值，或者真空度超过设定阈值，主监控器均通过一路干接点与继电器驱动板连接，并将干接点默认的常开状态切换为常闭状态，则继电器驱动板输出24V电压信号用于驱动制动继电器闭合。同时，当继电器驱动板输出24V电压后，继电器输出干接点I/O-2转化为常闭状态，变流器系统通过查询该路干接点用于触发变流器停机功能。
急停按钮制动保护模式：在变流器系统、磁悬浮系统和主监控系统均正常工作情况下，在某些条件下需要多设备进行维护、保养，可以通过外部急停按钮进行飞轮转子的制动停机。急停按钮通过一路干接点与继电器驱动板连接(图中I/O-4)，默认情况下该路干接点为常开状态，一旦急停按钮按下，该干接点切换为常闭状态，则继电器驱动板输出24V电压信号用于驱动制动继电器闭合。同时，当继电器驱动板输出24V电压后，继电器输出干接点I/O-2转化为常闭状态，主监控器通过查询该路干接点状态用于制动界面显示，变流器系统通过查询该路干接点用于触发变流器停机功能。
实施例2：磁悬浮储能飞轮在四种能量制动保护模式下，变流器系统均处于停机状态，相当于变流器与飞轮电机在能量端处于断开状态。而当继电器驱动板输出24V电压信号后，制动继电器处于常闭状态，飞轮电机三相U/V/W接口与制动电阻连接，制动电阻采用三相星型接法，飞轮转子能量通过电机定子流入制动电阻，能量流向如图红色箭头所示。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (3)

1.一种磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统，其特征是：本发明的系统结构包括：主监控器(1)、变流器(2)、飞轮电机(3)、磁轴承控制器(4)、继电器驱动板(5)、制动继电器(6)、制动电阻(7)、急停按钮(8)、温度监测系统(9)及真空系统(10)。
其中，温度监测系统(9)通过485总线与主监控器(1)连接，用于采集飞轮本体系统温度信息并传送给主监控器；真空系统(10)通过485总线与主监控器连接，用于采集飞轮本体系统真空度信息并传送给主监控器(1)。主监控器(1)输出一路I/O干接点，变流器(2)输出一路I/O干接点，磁轴承控制器(4)输出一路I/O干接点，外部急停按钮(8)输出一路I/O干接点，这四路I/O干接点分别与继电器驱动板(5)连接，用于提供紧急制动信号。继电器驱动板输出一路24V有源信号，用于驱动制动继电器(6)闭合；同时，继电器驱动板输出一路I/O干接点，与变流器的一路输入I/O点连接，用于与变流器(2)传送制动信息，之后触发变流器无条件停机。在四路制动信号控制下，制动继电器(6)闭合，制动电阻(7)通过制动继电器(6)的主触点接入飞轮电机(3)系统回路中，用于将飞轮储存的动能量以制动电阻热能形式消耗，完成飞轮制动过程。
本发明的飞轮能量制动保护系统分为四种保护模式：变流器制动保护模式、磁悬浮控制器制动保护模式、主监控器制动保护模式、急停按钮制动保护模式。具体控制逻辑和实施步骤如下：
(1)变流器制动保护模式：变流器在运行过程中存在四种工作状态，充电状态、放电状态、保持状态和保护状态。当系统正常时，变流器处于前三种工作状态，一旦系统出现故障，包括过压、欠压、过流、短路、断路、通信中断、功率组件过热等故障信号，则变流器立即停机并进入保护状态，此时变流器无法继续对飞轮电机进行有效控制，直至故障清除。为保证系统运行安全性，变流器通过一路输出干接点与继电器驱动板进行连接(图中I/O-1)，默认情况下该路干接点为常开状态，一旦变流器输出常闭干接点信息，继电器驱动板即输出24V电压信号驱动制动继电器闭合(图中24V-1)。同时，继电器驱动板输出一路干接点与主监控器和变流器连接(图中I/O-2)，默认情况下该路干接点为常开状态，当继电器驱动板输出24V电压后，该路干接点转化为常闭状态，主监控器通过查询该路干接点状态用于制动界面显示，变流器通过查询该路干接点用于再次触发停机功能。当继电器驱动板输出24V电压信号，制动继电器处于闭合状态，飞轮电机三相信号U/V/W接入制动电阻回路，制动电阻采用三相星型接法，飞轮转子切割定子磁感线产生的反电势电压作用在制动电阻中生成反向电流，形成制动力矩用以强制飞轮转子降速。其中，制动电阻的相电阻阻值可选择与电机定子相电阻阻值接近，而且制动电阻功率可略小于电机功率。下文所述内容中有关制动电阻、制动继电器动作和继电器驱动板逻辑控制部分均与上文一致。
(2)磁悬浮控制器制动保护模式：磁悬浮控制器的作用是保持飞轮转子在任意转速下与壳体之间的完全悬浮、无接触，而根据陀螺常识可知，飞轮转子在高速旋转过程中会产生较强的陀螺效应、章动效应，加剧磁悬浮控制器的悬浮难度和控制精度，一旦由于转子干扰而引起悬浮失控，或者磁悬浮系统故障而导致控制系统失效，均会造成飞轮转子失稳，严重时转子与保护轴承、磁轴承产生高速摩擦而造成飞轮本体损坏，因此必须进行飞轮转子的制动保护。磁悬浮控制器通过采集位移传感器数据获取飞轮转子的悬浮位移量，并对位移量进行处理得到飞轮转子的悬浮状态，一旦飞轮转子失稳，则磁悬浮控制器的悬浮状态从正常切换为失稳，并通过一路干接点与继电器驱动板连接(图中I/O-5)。默认情况下该路干接点为常开状态，当控制器判断出飞轮转子失稳后，磁悬浮控制器将该路干接点转化为常闭状态，用于完成继电器驱动板到制动继电器的保护动作，完成飞轮电机与制动电阻的投切过程。同时，当继电器驱动板输出24V电压后，继电器输出干接点I/O-2转化为常闭状态，主监控器通过查询该路干接点状态用于制动界面显示，变流器系统通过查询该路干接点用于触发变流器停机功能。
(3)主监控器制动保护模式：飞轮本体配置温度监测系统和真空系统，温度监测系统和真空系统都具备标准RS485接口，主监控器通过485总线分别与温度监测系统和真空系统连接，用于实时获取飞轮本体内部温度和真空度信息。其中，温度信息包括电机温度、磁轴承温度、机械轴承温度、飞轮转子温度等，真空度为飞轮转子所在密封腔体的真空值。主监控器设置温度阈值和真空度阈值，一旦飞轮本体任意一组温度超过设定阈值，或者真空度超过设定阈值，主监控器均通过一路干接点与继电器驱动板连接，并将干接点默认的常开状态切换为常闭状态，则继电器驱动板输出24V电压信号用于驱动制动继电器闭合。同时，当继电器驱动板输出24V电压后，继电器输出干接点I/O-2转化为常闭状态，变流器系统通过查询该路干接点用于触发变流器停机功能。
(4)急停按钮制动保护模式：在变流器系统、磁悬浮系统和主监控系统均正常工作情况下，在某些条件下需要多设备进行维护、保养，可以通过外部急停按钮进行飞轮转子的制动停机。急停按钮通过一路干接点与继电器驱动板连接(图中I/O-4)，默认情况下该路干接点为常开状态，一旦急停按钮按下，该干接点切换为常闭状态，则继电器驱动板输出24V电压信号用于驱动制动继电器闭合。同时，当继电器驱动板输出24V电压后，继电器输出干接点I/O-2转化为常闭状态，主监控器通过查询该路干接点状态用于制动界面显示，变流器系统通过查询该路干接点用于触发变流器停机功能。
2.一种磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统，其特征是权利要求1中所述的四种飞轮转子能量制动保护模式，互为并列和互锁关系，继电器驱动板查询到四路输入干接点(I/O-1、I/0-3、I/O-4、I/O-5)任意一路处于闭合状态，则系统进入制动保护模式，则继电器驱动板输出24V电压信号用于驱动制动继电器闭合，完成飞轮电机与制动电阻的投切过程。
3.一种磁悬浮储能飞轮能量制动保护系统，其特征是权利要求1中所述的四种飞轮转子能量制动保护模式，当继电器驱动板输出24V电压后，继电器输出干接点I/O-2转化为常闭状态，变流器系统通过查询该路干接点用于触发变流器停机功能。在任意制动保护模式下，均需要给变流器系统发送停机信号，否则飞轮能量无法通过制动电阻消耗。在图中，由于制动电阻只有在保护模式下才发挥作用，采用制动继电器和制动电阻不串联在主路中使用，目的是提高系统可靠性和降低成本。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113258713A (zh) * 2021-06-15 2021-08-13 沈阳微控新能源技术有限公司 飞轮储能系统
CN113315244A (zh) * 2021-06-04 2021-08-27 重庆邮电大学 一种基于单元状态综合评价的飞轮储能阵列控制方法
CN113791563A (zh) * 2021-09-17 2021-12-14 北京泓慧国际能源技术发展有限公司 飞轮能量控制系统、主系统和方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101249802A (zh) * 2008-03-27 2008-08-27 上海工程技术大学 城市轨道交通车辆制动能量回收系统
CN102957159A (zh) * 2012-12-06 2013-03-06 江苏交科能源科技发展有限公司 一种基于真空飞轮储能的能量回收装置及其能量回收方法
CN103153683A (zh) * 2010-03-15 2013-06-12 上海磁浮交通发展有限公司 制动能量管理系统及其控制方法
CN203119680U (zh) * 2012-12-26 2013-08-07 江阴市振江钢结构有限公司 一种飞轮储能装置的测试系统
CN106849139A (zh) * 2017-03-08 2017-06-13 北京泓慧国际能源技术发展有限公司 一种基于最小功率拓扑的磁悬浮储能飞轮充放电控制方法
CN206412890U (zh) * 2017-02-14 2017-08-15 盾石磁能科技有限责任公司 飞轮共直流母线型电梯节能系统
CN109149634A (zh) * 2018-08-29 2019-01-04 沈阳微控新能源技术有限公司 基于飞轮储能和逆变回馈的再生能量回收系统及控制方法
CN109353367A (zh) * 2018-08-29 2019-02-19 微控物理储能研究开发（深圳）有限公司 基于飞轮储能和电阻制动的再生能量回收系统及控制方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101249802A (zh) * 2008-03-27 2008-08-27 上海工程技术大学 城市轨道交通车辆制动能量回收系统
CN103153683A (zh) * 2010-03-15 2013-06-12 上海磁浮交通发展有限公司 制动能量管理系统及其控制方法
CN102957159A (zh) * 2012-12-06 2013-03-06 江苏交科能源科技发展有限公司 一种基于真空飞轮储能的能量回收装置及其能量回收方法
CN203119680U (zh) * 2012-12-26 2013-08-07 江阴市振江钢结构有限公司 一种飞轮储能装置的测试系统
CN206412890U (zh) * 2017-02-14 2017-08-15 盾石磁能科技有限责任公司 飞轮共直流母线型电梯节能系统
CN106849139A (zh) * 2017-03-08 2017-06-13 北京泓慧国际能源技术发展有限公司 一种基于最小功率拓扑的磁悬浮储能飞轮充放电控制方法
CN109149634A (zh) * 2018-08-29 2019-01-04 沈阳微控新能源技术有限公司 基于飞轮储能和逆变回馈的再生能量回收系统及控制方法
CN109353367A (zh) * 2018-08-29 2019-02-19 微控物理储能研究开发（深圳）有限公司 基于飞轮储能和电阻制动的再生能量回收系统及控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张秋爽: "飞轮储能系统控制策略研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
田华 等: "城市轨道交通再生制动技术及其对电网的影响", 《中国科技信息》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113315244A (zh) * 2021-06-04 2021-08-27 重庆邮电大学 一种基于单元状态综合评价的飞轮储能阵列控制方法
CN113258713A (zh) * 2021-06-15 2021-08-13 沈阳微控新能源技术有限公司 飞轮储能系统
CN113258713B (zh) * 2021-06-15 2021-10-15 沈阳微控新能源技术有限公司 飞轮储能系统
CN113791563A (zh) * 2021-09-17 2021-12-14 北京泓慧国际能源技术发展有限公司 飞轮能量控制系统、主系统和方法

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