CN110488113A - 一种飞轮储能系统试验测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞轮储能系统试验测试平台，包括主控系统、测试母线、负载、飞轮储能监控系统和电能质量在线检测系统；主控系统用于下发充放电控制命令给飞轮储能系统，通过控制负载投切开关的断开与闭合来进行模拟电网负载突变工况试验，根据电能质量在线检测系统返回的信号判断飞轮储能系统能否根据电网负载突变工况改变充放电状态以及确定飞轮储能系统的响应速度，并根据飞轮储能监控系统返回的信号判断飞轮储能系统在该试验过程中的运行参数是否合理。该平台结构简单、操作简单，能够模拟电网负载突变工况，并对飞轮储能系统的性能进行测试，工程实用性较高，保证了飞轮储能系统挂网运行时的可靠性。

Description

一种飞轮储能系统试验测试平台

技术领域

本发明属于飞轮储能系统测试技术领域，具体涉及一种飞轮储能系统试验测试平台。

背景技术

传统能源的不可再生性促进了新能源的快速发展。随着新能源发电及并网规模的扩大，其对电网的冲击及对电能质量的影响也越来越明显。为了解决该问题，储能系统特别是飞轮储能系统得到了迅猛发展。

飞轮储能系统以高速旋转的飞轮为载体，将电能转化成机械能并储存在高速旋转的飞轮中，通过飞轮及电机的升速和降速来实现电能的存储和释放。飞轮储能系统在正式投入使用之前，必须对飞轮储能系统的相关性能参数进行优化设计和测试。在研发和测试阶段，通常需要研制一整套系统，以预先对飞轮储能系统的运行性能和规格要求进行试验研究，但是这一整套系统不仅需要专用设备进行支撑，而且需要搭建的设备数量多，包括真空检测系统、飞轮储能系统过负荷试验平台、飞轮储能系统单机检测试验平台等，电路及其控制系统复杂，从而使得研制和测试成本昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞轮储能系统试验测试平台，用以解决现有技术中的飞轮储能系统试验测试平台的结构复杂、成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种飞轮储能系统试验测试平台，包括主控系统、测试母线、负载、飞轮储能监控系统和电能质量在线检测系统；所述测试母线的一端通过母线开关连接变压器的低压侧，变压器的高压侧用于连接电网；所述测试母线还通过飞轮储能控制开关用于连接待测试的飞轮储能系统，还通过负载投切开关连接负载；所述飞轮储能监控系统包括用于检测飞轮储能系统状态的传感器，用于将传感器采集的信号发送给主控系统；所述电能质量在线检测系统包括电流互感器和电压互感器，用于将采集的电流信号和电压信号发送给主控系统；所述主控系统控制连接所述母线开关、飞轮储能控制开关和负载投切开关，与所述飞轮储能监控系统、电能质量在线检测系统通信连接，并用于与飞轮储能系统通讯连接；所述主控系统用于下发充放电控制命令给飞轮储能系统，通过控制负载投切开关的断开与闭合来进行模拟电网负载突变工况试验，根据电能质量在线检测系统返回的信号判断飞轮储能系统能否根据电网负载突变工况改变充放电状态以及确定飞轮储能系统的响应速度，并根据飞轮储能监控系统返回的信号判断飞轮储能系统在该试验过程中的运行参数是否合理。

其有益效果：该平台在主控系统的控制下，通过控制负载投切开关的闭合与断开来使负载接入测试母线与否，相应模拟负载投入和切除的状态，并能够根据电能质量在线检测系统返回的信号判断飞轮储能系统能否在负载投入时转变为放电状态以供给负载的需求，能否在负载切除时转变为充电状态以给自己补电，同时，还能够根据飞轮储能监控系统返回的信号判断飞轮储能系统在该试验过程中的运行参数是否合理，对飞轮储能系统的性能做一综合性的评估。该平台结构简单、操作简单，能够模拟电网负载突变工况，并对飞轮储能系统的性能进行测试，工程实用性较高，保证了飞轮储能系统挂网运行时的可靠性。

进一步的，所述主控系统还用于通过控制母线开关的断开与闭合来进行模拟电网故障工况试验，根据电能质量在线检测系统返回的信号判断飞轮储能系统能否根据电网故障工况改变充放电状态以及确定飞轮储能系统的响应速度，并根据飞轮储能监控系统返回的信号判断飞轮储能系统在该试验过程中的运行参数是否合理。该平台还能够模拟电网故障工况，以对飞轮储能系统的性能进行更加全面的测试，进一步提高飞轮储能系统挂网运行时的可靠性。

进一步的，所述主控系统还用于通过控制母线开关和负载投切开关的断开与闭合来进行高频次充放电响应能力试验，根据飞轮储能监控系统返回的信号判断飞轮储能系统在该试验过程中的运行参数是否合理。该平台还能够进行高频次充放电响应能力试验，以对飞轮储能系统的性能进行更加全面的测试，进一步提高飞轮储能系统挂网运行时的可靠性。

进一步的，所述变压器的高压侧通过开关柜连接电网。设置该开关柜可在试验过程中可以随时切断测试母线，以保护该平台。

进一步的，所述负载包括以下至少一种：电阻、超级电容和集装箱储能系统。负载可设置为电阻、超级电容或集装箱储能系统，从而实现可采用不同的负载对飞轮储能系统进行测试，测试灵活性高，并能够对飞轮储能系统进行更加全面的测试。

进一步的，该平台还包括与所述主控系统通讯连接的人机交互设备。人机交互的设备，便于工作人员直观看到对飞轮储能系统进行试验的试验结果。

附图说明

图1是本发明的飞轮储能系统试验测试平台的原理图；

图2是本发明的进行高频次充放电响应能力试验的流程图；

图3是本发明的进行模拟电网负载突变工况试验的流程图；

图4是本发明的进行模拟电网故障工况试验的流程图；

其中，1-开关柜，2-变压器，3-母线开关，4-飞轮储能控制开关，5-负载投切开关，6-负载，7-电压互感器，8-电流互感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

平台实施例：

该实施例提供了一种飞轮储能系统试验测试平台，该平台能够对飞轮储能系统在各种工况下的性能进行测试。该平台的原理图如图1所示，包括主控系统、测试母线、负载6、飞轮储能监控系统、电能质量在线检测系统和人机交互设备，其中，飞轮储能监控系统和电能质量在线检测系统在该图中未画出。

10kV电网进线通过380V的开关柜1连接变压器2的高压侧，通过变压器2将10kV电网进线电压变为380V三相电压，为该平台提供低压条件。变压器2的低压侧通过母线开关3连接380V的测试母线的一端，测试母线还通过飞轮储能控制开关4将飞轮储能系统接入测试母线，还通过负载投切开关5将负载接入测试母线。

飞轮储能系统拥有自身的逻辑控制，可以实现自身的投入和退出，也可以实现充电和放电状态的转换，这里充电和放电状态的转变可以是在主控系统的控制命令下来相应进行改变，也可以根据当前所处的工况状态来相应调整自己的充电和放电状态，其功率选用1.6MW。相应的，这里的变压器2可选择2MVA容量的变压器，负载选择功率为1.6MW的负载，且负载可以为电阻型负载，也可以为超级电容型负载，也可以同时接入电阻型负载和超级电容型负载，还可以是现有的集装箱储能系统。开关柜1为该平台的保护开关，可在试验过程中随时切断380V的测试母线，以保护该平台。

飞轮储能监控系统具备监控飞轮储能系统状态以及就地/远程控制的功能，该飞轮储能监控系统包括遍布于飞轮储能芯轴、内壁、转子、定子以及外壳上的温度传感器，以及电压传感器、电流传感器，电压/电流互感器设置于飞轮储能系统接入测试系统的直流侧与交流侧接口处，这些传感器将检测的信息传递给主控系统。当前，飞轮储能监控系统内部还设置有控制器，能够实现设置在本地的人机界面操作控制，还能够通过通讯线缆接入远程人机操作界面实现远程控制。而且，飞轮储能监控系统还能够根据上述各种传感器检测的信号，通过内置的一套算法(包括伏安特性法、开路电压法、卡尔曼滤波法、神经网络法等)实现充电状态显示、放电状态显示、剩余电量显示、飞轮转速显示、故障告警功能、就地控制功能、急停功能等功能。

电能质量在线检测系统包括电压互感器7和电流互感器8，能够根据安装地点和监测要求，具备可选择的监测功能，包括电压偏差、频率偏差、三相电压幅值相位不平衡度、三相电流幅值相位不平衡度、负序电流、谐波、电压波动。而且，电能质量在线检测系统具有记录存储功能，且监测设备的存储记录应至少保存15天。电能质量在线检测系统具有实时数据显示、权限管理、设置、对时、统计、自检等功能，而且具有标准通信接口，实现监测数据的实时传输或定时提取，并能对通信口进行灵活配置与实时监视。该电能质量在线检测系统可采用型号为NRIDZ600C电能质量在线检测系统。

主控系统控制连接所述母线开关、飞轮储能控制开关和负载投切开关，并与飞轮储能系统、飞轮储能监控系统、电能质量在线检测系统和人机交互设备通信连接，该主控系统能够下发充放电控制命令给飞轮储能系统，通过控制母线开关、飞轮储能控制开关和负载投切开关的断开与闭合来对飞轮储能系统进行不同的试验，根据电能质量在线检测系统返回的信号判断飞轮储能系统能否根据不同试验要求来改变充放电状态以及确定飞轮储能系统的响应速度，并根据飞轮储能监控系统返回的信号判断飞轮储能系统在试验过程中的运行参数是否合理，并通过人机交互设备将相应的试验结果进行展示。其中，飞轮储能系统的响应速度具体是飞轮储能系统的充放电状态转换时的转换速度，电能质量在线检测系统通过接入飞轮储能系统的交流输入(或输出)或直流输入(或输出)引线，根据GB34120-2017要求，通过检测系统从90％额定功率充电(放电)到90％额定功率放电(充电)的时间作为充放电转换时间。

下面对该平台中的各个试验进行详细说明。

该平台可实现高频次充放电响应能力试验，如图2所示，该次试验完成飞轮储能系统1小时10～40次充放电试验。其中，一次放电/放电结束的条件为每次都充100％的电，每次都放100％的电，即满充满放。步骤如下：

1、通过人机交互设备传递控制命令给主控系统，主控系统控制闭合开关柜1，并闭合变压器低压侧的母线开关3以及飞轮储能系统进线侧的飞轮储能控制开关4；

2、主控系统控制断开负载投切开关5，给飞轮储能系统发送充电控制命令，完成一次充电过程；

3、闭合负载投切开关5，给飞轮储能系统发送放电控制命令，完成一次放电过程；

4、重复上述充电过程和放电过程，记录相关试验数据，这些试验数据包括：

1)飞轮储能系统在1小时之内能够承受的最大充放电转换次数；

2)飞轮储能系统在1小时充放电转换之后由传感器检测的芯轴温度、内部腔体温度等；

3)在充放电转换过程中通过电能质量在线检测系统检测到的电压、电流、功率等与飞轮储能系统所设置的电压、电流、功率等的差距，应控制在合理范围之内。其中，试验过程中的电压、电流、功能都是飞轮储能系统所表现的电压、电流和功率。

该平台还可实现模拟电网负载突变工况试验，如图3所示，其步骤如下：

1、通过人机交互设备传递控制命令给主控系统，主控系统控制闭合开关柜1，并闭合变压器低压侧的母线开关3以及飞轮储能系统进线侧的飞轮储能控制开关4；

2、主控系统下发充电控制命令给飞轮储能系统，电网通过测试母线为飞轮储能系统充电至50％容量；

3、闭合负载投切开关5，负载接入测试母线中，通过电能质量在线检测系统检测飞轮储能系统在突加载荷情况下能否迅速退出充电状态和飞轮储能系统响应速度，并通过飞轮储能监控系统检测运行参数是否合理；

4、系统稳定后，断开负载投切开关5，通过电能质量在线检测系统检测飞轮储能系统在突减载荷情况下飞轮储能系统能否迅速进入充电状态和飞轮储能系统响应速度，并通过飞轮储能监控系统检测运行参数是否合理。

其中，步骤3和步骤4中的运行参数包括：电能质量在线检测系统检测的电压偏差、频率偏差、三相电压幅值相位不平衡度、三相电流幅值相位不平衡度、负序电流、谐波、电压波动等运行参数，飞轮储能系统的转速、充放电转换时间、功率等运行参数。

该平台还可实现模拟电网故障工况试验，如图4所示，其步骤如下：

1、通过人机交互设备传递控制命令给主控系统，主控系统控制闭合变压器低压侧的母线开关3以及飞轮储能系统进线侧的飞轮储能控制开关4；

2、主控系统下发充电控制命令给飞轮储能系统，电网通过测试母线为飞轮储能系统充电至100％容量；

3、闭合负载投切开关5，负载投入，此时负载完全由测试母线供电；

4、待系统稳定之后，断开变压器低压侧的母线开关3，测试飞轮储能系统在电网突然切出时对负载的支撑情况，能否迅速对负载进行充电，测试飞轮储能系统响应速度和运行参数是否合理；

5、当飞轮储能系统放电到10％容量时，控制测试母线恢复供电，测试飞轮储能系统在退出放电的过程中的响应速度和运行参数是否合理。

其中，该试验中步骤4和步骤5的运行参数与模拟电网负载突变工况试验下需记录的运行参数相同。

Claims (6)

1.一种飞轮储能系统试验测试平台，其特征在于，包括主控系统、测试母线、负载、飞轮储能监控系统和电能质量在线检测系统；

所述测试母线的一端通过母线开关连接变压器的低压侧，变压器的高压侧用于连接电网；所述测试母线还通过飞轮储能控制开关用于连接待测试的飞轮储能系统，还通过负载投切开关连接负载；

所述飞轮储能监控系统包括用于检测飞轮储能系统状态的传感器，用于将传感器采集的信号发送给主控系统；

所述电能质量在线检测系统包括电流互感器和电压互感器，用于将采集的电流信号和电压信号发送给主控系统；

所述主控系统控制连接所述母线开关、飞轮储能控制开关和负载投切开关，与所述飞轮储能监控系统、电能质量在线检测系统通信连接，并用于与飞轮储能系统通讯连接；所述主控系统用于下发充放电控制命令给飞轮储能系统，通过控制负载投切开关的断开与闭合来进行模拟电网负载突变工况试验，根据电能质量在线检测系统返回的信号判断飞轮储能系统能否根据电网负载突变工况改变充放电状态以及确定飞轮储能系统的响应速度，并根据飞轮储能监控系统返回的信号判断飞轮储能系统在该试验过程中的运行参数是否合理。

2.根据权利要求1所述的飞轮储能系统试验测试平台，其特征在于，所述主控系统还用于通过控制母线开关的断开与闭合来进行模拟电网故障工况试验，根据电能质量在线检测系统返回的信号判断飞轮储能系统能否根据电网故障工况改变充放电状态以及确定飞轮储能系统的响应速度，并根据飞轮储能监控系统返回的信号判断飞轮储能系统在该试验过程中的运行参数是否合理。

3.根据权利要求1所述的飞轮储能系统试验测试平台，其特征在于，所述主控系统还通过控制母线开关和负载投切开关的断开与闭合来进行高频次充放电响应能力试验，根据飞轮储能监控系统返回的信号判断飞轮储能系统在该试验过程中的运行参数是否合理。

4.根据权利要求1～3任一项所述的飞轮储能系统试验测试平台，其特征在于，所述变压器的高压侧通过开关柜连接电网。

5.根据权利要求1～3任一项所述的飞轮储能系统试验测试平台，其特征在于，所述负载包括以下至少一种：电阻、超级电容和集装箱储能系统。

6.根据权利要求1～3任一项所述的飞轮储能系统试验测试平台，其特征在于，该平台还包括与所述主控系统通讯连接的人机交互设备。