CN111211570A - 一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节系统及方法，系统包括能量管理中心、安全连接装置、微电网控制器、分布式发电设备、电力电子输入设备、磁悬浮飞轮电池、电力电子输出装置、负载、大电网，磁悬浮飞轮电池设有电机、磁悬浮飞轮，根据电网中供电量与负载需求关系来控制磁悬浮飞轮电池工作状态，充电时将电能转化成机械能，放电时将机械能转化为电能，调节分布式发电设备运行状态；本发明将磁悬浮飞轮电池与微电网储能系统相结合，充分发挥磁悬浮飞轮电池比能量高、比功率大、体积小、充电快、可控性好、无污染的优点，优化微电网电能调节控制，改善微电网电能能效利用率，提升经济效益。

Description

一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节系统及方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术、能量存储领域，具体是一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节系统及方法。
背景技术
微电网，由分布式电源、负载、储能装置及控制单元组成。微电网的容量和惯性相对较小，易受到分布式电源和负载波动的影响，存在电能输出间歇性和波动性大、网络潮流复杂、继电保护和稳定控制的问题，储能装置的应用可解决上述问题。
储蓄电能主要有物理储能、电磁储能和电化学储能三种形式，飞轮储能属于物理储能中的一种。飞轮电池是利用飞轮的旋转惯性以机械储能的方式将能量以动能的形式存储在高速旋转的飞轮中，需要时再将机械能通过发电机和电能转换器转换成电能供外界使用。磁悬浮飞轮电池储能作为新型的能量存储方式受到青睐，具有一系列国际国内专利，如专利CN201811346915.2将磁悬浮飞轮电池与储能系统进行结合，构建出完整的飞轮电池储能装置，专利CN201210205907.2提出基于飞轮储能的风力发电电能管理与储能装置，通过调节飞轮储能电机的输入输出，控制风力发电的电能平稳运行，专利CN201910487957.6将飞轮电池与化学电池联合用作储能单元，控制两者的充放电过程，实现对电网的调峰和调频。磁悬浮飞轮电池比能量高，充电快，无污染，可控性好，将其用作微电网储能装置，一方面能提高储能系统的调节速度和储能效率，一方面能优化微电网中分布式电源的运行，提升电能质量。鉴于此，微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节系统的设计是充分利用磁悬浮飞轮电池储能装置的关键一环。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节系统及方法，其优点在于将磁悬浮飞轮电池与微电网储能系统相结合，充分发挥磁悬浮飞轮电池比能量高、比功率大、体积小、充电快、可控性好、无污染的优点，优化微电网电能调节控制，改善微电网电能能效利用率，提升经济效益。
本发明的技术方案：
一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节系统，包括能量管理中心、安全连接装置、微电网控制器、分布式发电设备、电力电子输入设备、磁悬浮飞轮电池、电力电子输出装置、负载以及大电网，所述磁悬浮飞轮电池包括电机和磁悬浮飞轮，微电网控制器连接分布式发电设备，用以检测分布式发电设备输出的电能总量，微电网控制器连接磁悬浮飞轮电池，用以调节磁悬浮飞轮电池的充放电过程，平衡微电网电能的波动，保证微电网的稳定运行，所述能量管理中心的第一输入端和第一输出端与微电网控制器相连，能量管理中心的第二输入端和第二输出端与大电网相连，实现微电网与大电网之间的电能调度。
所述微电网控制器用于监控微电网中电能的运行与存储状态，并控制储能系统的电能输出，微电网控制器的第一输入端和第一输出端与能量管理中心相连，微电网控制器的第二输入端与分布式发电设备相连，微电网控制器的第三输入端与磁悬浮飞轮电池中的磁悬浮飞轮相连，微电网控制器的第二输出端与安全连接装置相连，微电网控制器的第三输出端与电力电子输入装置相连，微电网控制器的第四输出端与磁悬浮飞轮电池中的电机相连。
所述分布式发电设备用于提供电能，向负载及大电网供电，并将多余电能输至磁悬浮飞轮电池进行存储，分布式发电设备的第一输出端与负载相连，分布式发电设备的第二输出端与安全连接装置相连，分布式发电设备的第三输出端与电力电子输入装置相连，分布式发电设备的第四输出端与微电网控制器相连。
一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节方法，包括以下具体步骤：
由微电网控制器检测分布式发电设备输出的电能总量，并根据实时负载所需，实现电能在微电网与大电网之间调度，以及盈余电能的存储；
由微电网控制器通过检测电压和频率的变化情况，由微电网控制器调节磁悬浮飞轮电池的充放电过程，平衡微电网电能的波动，保证微电网的稳定运行。
所述微电网与大电网之间调度包括在工作状态下的电能调度方法、在电网波动时的电能质量调节方法以及磁悬浮飞轮电池的充放电方法，所述工作状态下的电能调度方法流程为：
系统初始化过后，先检测分布式发电设备输出的电能总量，并将其与负载需求总量进行对比，若输出量大于负载量，则根据大电网和储能装置的实际情况判断，选择向大电网供电或者向磁悬浮飞轮电池充电；若输出量小于负载量，在磁悬浮飞轮电池的余量充足的情况下，磁悬浮飞轮电池进入放电状态，由磁悬浮飞轮电池向负载供电，若磁悬浮飞轮电池的剩余能量不足，则通过微电网控制器向能量管理中心发出请求，由大电网直接向负载供电。
所述在电网波动时的电能质量调节方法具体步骤为：
系统初始化完成后，由微电网控制器对分布式电源输出的电能进行检测，若输出电能的电压、频率高于正常范围，则控制磁悬浮飞轮电池进入充电状态，降低供电电压和功率；若输出电能的电压、频率低于正常范围，则控制磁悬浮飞轮电池进入放电状态，提高供电电压和功率；若输出电能的电压、频率在正常区间，则无需调动磁悬浮飞轮电池，使其维持稳定状态。
所述磁悬浮飞轮电池的充放电方法流程为：
系统初始化之后，分别对磁悬浮系统和电机系统进行自检，若自检未通过，则提示系统出错，立即停机修复，自检完成以后，等待微电网控制器指令，在充电状态下，由电机带动磁悬浮飞轮加速，并实时检测磁悬浮飞轮的转速，当飞轮到达额定转速之后，停止向电机通电，进入稳定状态；在稳定状态下，仅维持磁悬浮系统运行，保持磁悬浮飞轮的高速旋转；在放电状态下，由磁悬浮飞轮带动电机工作，磁悬浮飞轮电池向外输出电能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：将磁悬浮飞轮电池与微电网储能系统相结合，充分发挥磁悬浮飞轮电池比能量高、比功率大、体积小、充电快、可控性好、无污染的优点，优化微电网电能调节控制，改善微电网电能能效利用率，提升经济效益。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图。
图2是系统在工作状态下的电能调度流程图。
图3是系统在电网波动时的电能质量调节流程图。
图4是磁悬浮飞轮电池的充放电流程图。
图1，1、能量管理中心；2、安全连接装置；3、微电网控制器；4、分布式发电设备；5、电子电力输入装置；6、磁悬浮飞轮电池；61、电机；62、磁悬浮飞轮7、电子电力输入装置；8、负载；9、大电网。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节系统，磁悬浮飞轮电池设有电机61、磁悬浮飞轮62，根据电网中供电量与负载需求关系来控制磁悬浮飞轮电池6工作状态，充电时将电能转化成机械能，放电时将机械能转化为电能，调节分布式发电设备4运行状态。
作为优选，调节系统的控制方法为：由微电网控制器3检测分布式发电设备4输出的电能总量，并根据实时负载8所需，实现电能在微电网与大电网9之间调度，以及盈余电能的存储；通过检测电压和频率的变化情况，由微电网控制器3调节磁悬浮飞轮电池6的充放电过程，平衡微电网电能的波动，保证微电网的稳定运行。
作为优选，能量管理中心1实现微电网与大电网之间的电能调度，第一输入端与微电网控制器3相连，第二输入端与大电网9相连，第一输出端与微电网控制器3相连，第二输出端与大电网9相连。
作为优选，微电网控制器3用于监控微电网中电能的运行与存储状态，并控制储能系统的电能输出，第一输入端与能量管理中心1相连，第二输入端与分布式发电设备4相连，第三输入端与磁悬浮飞轮电池6中的磁悬浮飞轮62相连，第一输出端与能量管理中心1相连，第二输出端与安全连接装置2相连，第三输出端与电力电子输入装置5相连，第四输出端与磁悬浮飞轮电池6中的电机61相连。
作为优选，分布式发电设备4用于提供电能，向负载8及大电网9供电，并将多余电能输至磁悬浮飞轮电池6进行存储，第一输出端与负载8相连，第二输出端与安全连接装置2相连，第三输出端与电力电子输入装置5相连，第四输出端与微电网控制器3相连。
如图2所示为储能调节系统在工作状态下的电能调度流程，系统初始化过后，先检测分布式发电设备4输出的电能总量，并将其与负载8需求总量进行对比，若输出量大于负载量，则可以根据大电网9和储能装置的实际情况判断，选择向大电网9供电或者向磁悬浮飞轮电池6充电；若输出量小于负载量，在磁悬浮飞轮电池6的余量充足的情况下，磁悬浮飞轮电池6进入放电状态，由飞轮电池向负载供电，若磁悬浮飞轮电池6的剩余能量不足，则通过微电网控制器3向能量管理中心1发出请求，由大电网9直接向负载8供电。
如图3所示为储能调节系统在电网波动时的电能质量调节流程，系统初始化完成后，由微电网控制器3对分布式电源输出4的电能进行检测，若输出电能的电压、频率高于正常范围，则控制磁悬浮飞轮电池6进入充电状态，降低供电电压和功率；若输出电能的电压、频率低于正常范围，则控制磁悬浮飞轮电池6进入放电状态，提高供电电压和功率；若输出电能的电压、频率在正常区间，则无需调动磁悬浮飞轮电池6，使其维持稳定状态。
如图4所示为磁悬浮飞轮电池6的充放电流程，系统初始化之后，分别对磁悬浮系统和电机系统进行自检，若自检未通过，则提示系统出错，立即停机修复，自检完成以后，等待微电网控制器3指令，在充电状态下，由电动机61带动磁悬浮飞轮62加速，并实时检测磁悬浮飞轮62的转速，当飞轮到达额定转速之后，停止向电机通电，进入稳定状态；在稳定状态下，仅维持磁悬浮系统运行，保持磁悬浮飞轮62的高速旋转；在放电状态下，由磁悬浮飞轮62带动发电机61工作，磁悬浮飞轮电池6向外输出电能。
综上，本发明实施例具有如下有益效果：将磁悬浮飞轮电池与微电网储能系统相结合，充分发挥磁悬浮飞轮电池比能量高、比功率大、体积小、充电快、可控性好、无污染的优点，能够进一步优化微电网电源的运行，提升微电网的可控度，改善微电网的电能质量，增加微电网的经济效益。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节系统，其特征在于，包括能量管理中心(1)、安全连接装置(2)、微电网控制器(3)、分布式发电设备(4)、电力电子输入设备(5)、磁悬浮飞轮电池(6)、电力电子输出装置(7)、负载(8)以及大电网(9)，所述磁悬浮飞轮电池(6)包括电机(61)和磁悬浮飞轮(62)，微电网控制器(3)连接分布式发电设备(4)，用以检测分布式发电设备(4)输出的电能总量，微电网控制器(3)连接磁悬浮飞轮电池(6)，用以调节磁悬浮飞轮电池(6)的充放电过程，平衡微电网电能的波动，保证微电网的稳定运行，所述能量管理中心(1)的第一输入端和第一输出端与微电网控制器(3)相连，能量管理中心(1)的第二输入端和第二输出端与大电网(9)相连，实现微电网与大电网之间的电能调度。
2.根据权利要求1所述的一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节系统，其特征在于，所述微电网控制器(3)用于监控微电网中电能的运行与存储状态，并控制储能系统的电能输出，微电网控制器(3)的第一输入端和第一输出端与能量管理中心(1)相连，微电网控制器(3)的第二输入端与分布式发电设备(4)相连，微电网控制器(3)的第三输入端与磁悬浮飞轮电池(6)中的磁悬浮飞轮(62)相连，微电网控制器(3)的第二输出端与安全连接装置(2)相连，微电网控制器(3)的第三输出端与电力电子输入装置(5)相连，微电网控制器(3)的第四输出端与磁悬浮飞轮电池(6)中的电机(61)相连。
3.根据权利要求1所述的一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节系统，其特征在于，所述分布式发电设备(4)用于提供电能，向负载(8)及大电网(9)供电，并将多余电能输至磁悬浮飞轮电池(6)进行存储，分布式发电设备(4)的第一输出端与负载(8)相连，分布式发电设备(4)的第二输出端与安全连接装置(2)相连，分布式发电设备(4)的第三输出端与电力电子输入装置(5)相连，分布式发电设备(4)的第四输出端与微电网控制器(3)相连。
4.一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
由微电网控制器(3)检测分布式发电设备(4)输出的电能总量，并根据实时负载(8)所需，实现电能在微电网与大电网(9)之间调度，以及盈余电能的存储；
由微电网控制器(3)通过检测电压和频率的变化情况，由微电网控制器(3)调节磁悬浮飞轮电池(6)的充放电过程，平衡微电网电能的波动，保证微电网的稳定运行。
5.根据权利要求4所述的一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节方法，其特征在于，所述微电网与大电网(9)之间调度包括在工作状态下的电能调度方法、在电网波动时的电能质量调节方法以及磁悬浮飞轮电池(6)的充放电方法，所述工作状态下的电能调度方法流程为：
系统初始化过后，先检测分布式发电设备(4)输出的电能总量，并将其与负载(8)需求总量进行对比，若输出量大于负载量，则根据大电网(9)和储能装置的实际情况判断，选择向大电网(9)供电或者向磁悬浮飞轮电池(6)充电；若输出量小于负载量，在磁悬浮飞轮电池(6)的余量充足的情况下，磁悬浮飞轮电池(6)进入放电状态，由磁悬浮飞轮电池(6)向负载(8)供电，若磁悬浮飞轮电池(6)的剩余能量不足，则通过微电网控制器(3)向能量管理中心(1)发出请求，由大电网(9)直接向负载(8)供电。
6.根据权利要求5所述的一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节方法，其特征在于，所述在电网波动时的电能质量调节方法具体步骤为：
系统初始化完成后，由微电网控制器(3)对分布式电源输出(4)的电能进行检测，若输出电能的电压、频率高于正常范围，则控制磁悬浮飞轮电池(6)进入充电状态，降低供电电压和功率；若输出电能的电压、频率低于正常范围，则控制磁悬浮飞轮电池(6)进入放电状态，提高供电电压和功率；若输出电能的电压、频率在正常区间，则无需调动磁悬浮飞轮电池(6)，使其维持稳定状态。
7.根据权利要求5所述的一种微电网中磁悬浮飞轮电池储能调节方法，其特征在于，所述磁悬浮飞轮电池(6)的充放电方法流程为：
系统初始化之后，分别对磁悬浮系统和电机系统进行自检，若自检未通过，则提示系统出错，立即停机修复，自检完成以后，等待微电网控制器(3)指令，在充电状态下，由电机(61)带动磁悬浮飞轮(62)加速，并实时检测磁悬浮飞轮(62)的转速，当飞轮到达额定转速之后，停止向电机通电，进入稳定状态；在稳定状态下，仅维持磁悬浮系统运行，保持磁悬浮飞轮(62)的高速旋转；在放电状态下，由磁悬浮飞轮(62)带动电机(61)工作，磁悬浮飞轮电池(6)向外输出电能。
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