CN113489029A - 基于飞轮储能的电力调频系统 - Google Patents

基于飞轮储能的电力调频系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113489029A
CN113489029A CN202110764679.1A CN202110764679A CN113489029A CN 113489029 A CN113489029 A CN 113489029A CN 202110764679 A CN202110764679 A CN 202110764679A CN 113489029 A CN113489029 A CN 113489029A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor
flywheel
power
double
rotor motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202110764679.1A
Other languages
English (en)
Inventor
鄢秋亮
贺智威
李莉
刘�东
柳哲
王亚东
饶武峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Candela Shenzhen New Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Candela Shenzhen New Energy Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Candela Shenzhen New Energy Technology Co Ltd filed Critical Candela Shenzhen New Energy Technology Co Ltd
Priority to CN202110764679.1A priority Critical patent/CN113489029A/zh
Publication of CN113489029A publication Critical patent/CN113489029A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/30—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using dynamo-electric machines coupled to flywheels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • H02J3/241—The oscillation concerning frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/02—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
    • H02K7/025—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels for power storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于飞轮储能的电力调频系统，连接在电网上，包括飞轮系统、双转子电机和变频器；飞轮系统与所述双转子电机的外转子传动连接，所述双转子电机的定子与电网通过开关连接；所述双转子电机的内转子通过所述变频器与所述电网连接。本发明提供的基于飞轮储能的电力调频系统通过将飞轮系统、双转子电机和变频器连接成一个装置系统，通过双转子电机的定子直接并网，实时在线感受电力系统的功率不平衡，通过变频器控制双转子电机的内转子电流，来实现对双转子电机定子端输出电压的调节，能实现对飞轮系统的无极调速，还可以使得整个系统向电力系统吸收或者释放无功或者有功功率，来对电网中的不平衡功率进行调节，从而实现电网调频的作用。

Description

基于飞轮储能的电力调频系统
技术领域
本发明涉及电网控制设备领域，特别是涉及一种基于飞轮储能的电力调频系统。
背景技术
电网通常会提供频率稳定的电能，例如我国电网的额定频率是50Hz，现有电力系统的频率稳定主要还是依靠原有的火力机组来进行。而目前大部分的新能源发电方式，例如风电和光伏发电等，不具备电网调频的作用。
目前电网系统中，大部分调频机组应用于火力发电的调频，这种调频存在响应较慢，碳排放严重等环境问题。新能源发电不但不具备电网调频能力，而且新能源发电系统中电力电子器件的高频谐波还对电网频率的稳定有负面影响。
发明内容
基于此，有必要针对上述提到的至少一个问题，提供一种基于飞轮储能的电力调频系统。
本发明申请提供的基于飞轮储能的电力调频系统，连接在电网上，包括飞轮系统和变频器；
所述飞轮系统包括双转子电机和飞轮转子，所述飞轮转子与所述双转子电机的外转子传动连接，所述双转子电机的定子与所述电网通过开关连接；所述双转子电机的内转子通过所述变频器与所述电网连接。
在其中一个实施例中，所述变频器包括机侧变流器、电容和网侧变流器；所述机侧变流器与所述双转子电机的内转子电连接，所述网侧变流器与所述电网电连接；所述电容分别与所述机侧变流器和所述网侧变流器并联。
在其中一个实施例中，所述机侧变流器为AC/DC整流器，所述网侧变流器为双向DC/AC变流器。
在其中一个实施例中，所述双转子电机的外转子采用鼠笼式转子，所述双转子电机的内转子采用绕线式电磁励转子。
本发明的实施例中提供的技术方案带来如下有益技术效果：
本发明提供的基于飞轮储能的电力调频系统通过将飞轮系统、双转子电机和变频器连接成一个装置系统，通过双转子电机的定子直接并网，实时在线感受电力系统的功率不平衡，通过变频器控制双转子电机的内转子电流，来实现对双转子电机定子端输出电压的调节，能实现对飞轮系统的无极调速，还可以使得整个系统向电力系统吸收或者释放无功或者有功功率，来对电网中的不平衡功率进行调节，从而实现电网调频的作用。
本申请附加的方面和优点将在后续部分中给出，并将从后续的描述中详细得到理解，或通过对本发明的具体实施了解到。
附图说明
图1为本发明申请一实施例中基于飞轮储能的电力调频系统的结构框架示意图；
图2为本发明申请另一实施例中基于飞轮储能的电力调频系统的结构框架示意图；
图3为本发明申请一实施例中双转子电机的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的可能的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文已经通过附图描述的实施例。通过参考附图描述的实施例是示例性的，用于使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面，而不能解释为对本发明的限制。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本发明的特征是非必要技术的，则可能将这些技术细节予以省略。
相关领域的技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本发明申请提供的基于飞轮储能的电力调频系统，连接在电网上，如图1和图2所示，包括飞轮系统100和变频器300。飞轮系统100包括双转子电机200和飞轮转子110，飞轮转子110与双转子电机200的外转子220传动连接，双转子电机200的定子210与电网通过开关连接；双转子电机200的内转子230通过变频器300与电网连接。该系统中自然包括其他的零部件或者电气元件，例如飞轮系统100的安装支架，包括轴承、连接轴等，还如电力调频系统的控制器和存储器等。双转子电机200具有两个机械轴(即转子)，可以实现两个机械轴能量的独立传递，双转子电机200能较大幅度地减小设备的体积和重量，提高工作效率，能很好的满足节能和调速的要求，有着优越的运行性能。
飞轮系统100的飞轮转子110与双转子电机200的外转子220传动连接，如图3所示，飞轮转子110与双转子电机200的外转子220可通过传动轴连接，外转子220与飞轮转子110同步转动，通过传动轴实现双转子电机200的外转子220的能量传递到飞轮转子110，或者飞轮转子110上的机械能传递到双转子电机200，带动双转子电机200发电生成电能。通过变频器300，调整双转子电机200的输出频率，以便于与电网系统相匹配。
本发明提供的基于飞轮储能的电力调频系统通过将飞轮系统100和变频器300连接成一个装置系统，通过双转子电机200的定子210直接并网，实时在线感受电力系统的功率不平衡，通过变频器300控制双转子电机200的内转子230电流，来实现对双转子电机200定子210端输出电压的调节，能实现对飞轮系统100中飞轮转子110的无极调速，还可以使得整个系统向电力系统吸收或者释放无功或者有功功率，来对电网中的不平衡功率进行调节，从而实现电网调频的作用。
可选的，在本发明申请一个实施例的一种具体实现方式中，如图1所示，变频器300包括机侧变流器、电容和网侧变流器；机侧变流器与双转子电机200的内转子230电连接，网侧变流器与电网电连接；电容分别与机侧变流器和网侧变流器并联。
可选的，在本发明申请一个实施例的另一种具体实现方式中，如图2所示，机侧变流器为AC/DC整流器，网侧变流器为双向DC/AC变流器。
可选的，在本发明申请一个实施例的又一种具体实现方式中，双转子电机200的外转子采用鼠笼式转子，双转子电机200的内转子采用绕线式电磁励转子。双转子电机200具体有双转子异步电机、鼠笼式双转子电机、对转双转子永磁电机和永磁无刷双转子电机等类型，本发明申请中的一个实施例外转子选用结构较为简单的鼠笼式转子，能够以较小的成本形成本申请所需要的系统结构。
本发明申请所提供的基于飞轮储能的电力调频系统的工作原理如下：
系统启动阶段：当基于飞轮储能的电力调频系统中的飞轮系统100启动时，并网控制系统控制开关S1闭合，此时双转子电机200的定子210接入电网，外转子220上因为含有自启动感应鼠笼，内转子230励磁绕组串三相电机短接，整个系统相当于电机的电动状态，带动飞轮系统100的飞轮转子110转动，飞轮转子110通过开关向电网吸收电能，将电能储存转化为机械能。完成系统的启动阶段。
飞轮加速阶段：当飞轮转子110的转速达到与电网频率相同时，内转子230由三相短接切换为由变频器300控制，断开开关。此时通过变频器300，能够使得双转子电机200的内外转子220达到一个相对稳定的速度，两者速度关系为：nout*pout＝nin*pin，其中nout为外转子220转速，nin为内转子230转速，pout为转子极对数，pin为内转子230极对数。维持电频率与电网电频率f电一致(如50Hz)。
调整内转子230绕组电频率，比如内转子230绕组电频率升高，由于磁场耦合作用，外转子220频率也将升高，外转子220与飞轮转子110同轴连接，则飞轮转子110的转速升高，变频器300从电网吸收有功功率，转化为飞轮转子110的机械能，对飞轮转子110完成升速，使得飞轮转子110达到设计转速。
飞轮稳频阶段：当飞轮转子110加速到设计转速N时，即nout＝N，稳定后内外转子的转速同样保持nout*pout＝nin*pin的关系，飞轮转子110完成加速，内外转子220间保持恒速运行，没有能量交换(飞轮系统100自耗电除外)，把开关合闭，因为此时飞轮转子110为高速状态，电频率远大于f电，为使得电机定子210侧电网稳定，通过变频器300施加一个反向转差频率：
Figure BDA0003150689540000051
可使得电网侧电压与定子210侧电压相位相同且幅值相同。当f电发生波动时，比如下降时，通过变频器300控制反向转差频率S1，定子210侧的电压与电网侧电压同幅值和同相位，飞轮转子110此时向电网馈电，确保电网的稳定性，为电网的调节提供很好了的频率支撑。
当飞轮系统100中存储的动能消耗到设置下限时，重复进行上述的飞轮转子110加速阶段的工作内容。
双转子电机200相比于普通双馈电机，也含有两个电气接口，每个转子上各含有一个电气接口，但内外转子220磁场分离，没有强耦合，在对电机进行控制时，可以更加方便对其进行解耦分离，使得整个系统的控制精度远远大于普通双馈电机，系统鲁棒性大大增加。
本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于飞轮储能的电力调频系统，连接在电网上，其特征在于，包括飞轮系统和变频器；
所述飞轮系统包括双转子电机和飞轮转子，所述飞轮转子与所述双转子电机的外转子传动连接，所述双转子电机的定子与所述电网通过开关连接；所述双转子电机的内转子通过所述变频器与所述电网连接。
2.根据权利要求1所述的基于飞轮储能的电力调频系统，其特征在于，所述变频器包括机侧变流器、电容和网侧变流器；所述机侧变流器与所述双转子电机的内转子电连接，所述网侧变流器与所述电网电连接；所述电容分别与所述机侧变流器和所述网侧变流器并联。
3.根据权利要求2所述的基于飞轮储能的电力调频系统，其特征在于，所述机侧变流器为AC/DC整流器，所述网侧变流器为双向DC/AC变流器。
4.根据权利要求1所述的基于飞轮储能的电力调频系统，其特征在于，所述双转子电机的外转子采用鼠笼式转子，所述双转子电机的内转子采用绕线式电磁励转子。
CN202110764679.1A 2021-07-06 2021-07-06 基于飞轮储能的电力调频系统 Withdrawn CN113489029A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110764679.1A CN113489029A (zh) 2021-07-06 2021-07-06 基于飞轮储能的电力调频系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110764679.1A CN113489029A (zh) 2021-07-06 2021-07-06 基于飞轮储能的电力调频系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113489029A true CN113489029A (zh) 2021-10-08

Family

ID=77941528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110764679.1A Withdrawn CN113489029A (zh) 2021-07-06 2021-07-06 基于飞轮储能的电力调频系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113489029A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113922400A (zh) * 2021-12-13 2022-01-11 中国电力科学研究院有限公司 通过电气连接设置储能装置的新能源支撑机及控制方法
CN114726282A (zh) * 2022-06-07 2022-07-08 坎德拉(深圳)新能源科技有限公司 一种飞轮储能用永磁同步电机标定系统及方法
CN116073413A (zh) * 2023-03-14 2023-05-05 坎德拉(深圳)新能源科技有限公司 一种飞轮储能系统的控制方法、控制系统、存储介质
WO2023088321A1 (zh) * 2021-11-16 2023-05-25 国家电投集团科学技术研究院有限公司 具有电磁耦合器的飞轮储能系统
CN116995691A (zh) * 2023-08-08 2023-11-03 三峡国际能源投资集团有限公司 一种一体化变速调相机系统
CN117639025A (zh) * 2023-11-02 2024-03-01 国家电投集团河南电力有限公司技术信息中心 飞轮储能电力调频系统
WO2024187642A1 (zh) * 2023-03-14 2024-09-19 坎德拉(深圳)新能源科技有限公司 飞轮储能系统、电网频率调节系统及飞轮储能系统的控制方法，控制系统，存储介质

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023088321A1 (zh) * 2021-11-16 2023-05-25 国家电投集团科学技术研究院有限公司 具有电磁耦合器的飞轮储能系统
CN113922400A (zh) * 2021-12-13 2022-01-11 中国电力科学研究院有限公司 通过电气连接设置储能装置的新能源支撑机及控制方法
CN113922400B (zh) * 2021-12-13 2022-02-11 中国电力科学研究院有限公司 通过电气连接设置储能装置的新能源支撑机及控制方法
CN114726282A (zh) * 2022-06-07 2022-07-08 坎德拉(深圳)新能源科技有限公司 一种飞轮储能用永磁同步电机标定系统及方法
CN116073413A (zh) * 2023-03-14 2023-05-05 坎德拉(深圳)新能源科技有限公司 一种飞轮储能系统的控制方法、控制系统、存储介质
CN116073413B (zh) * 2023-03-14 2023-06-16 坎德拉(深圳)新能源科技有限公司 一种飞轮储能系统的控制方法、控制系统、存储介质
WO2024187642A1 (zh) * 2023-03-14 2024-09-19 坎德拉(深圳)新能源科技有限公司 飞轮储能系统、电网频率调节系统及飞轮储能系统的控制方法，控制系统，存储介质
CN116995691A (zh) * 2023-08-08 2023-11-03 三峡国际能源投资集团有限公司 一种一体化变速调相机系统
CN117639025A (zh) * 2023-11-02 2024-03-01 国家电投集团河南电力有限公司技术信息中心 飞轮储能电力调频系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113489029A (zh) 基于飞轮储能的电力调频系统
CN110971095B (zh) 一种双定子风力发电机及发电系统
CN101487453B (zh) 变速恒频风力发电装置
CN104600930A (zh) 永磁励磁无刷双馈风力发电机
CN102710200B (zh) 一种高温超导励磁磁通切换电机构成的直驱型风力发电系统
CN201374630Y (zh) 变速恒频双馈永磁风力发电机系统
CN101183804A (zh) 三相外转子电励磁双凸极风力发电机
CN201344102Y (zh) 一种风力发电机
CN107317457A (zh) 一种永磁耦合调速电机
Sharma et al. Performance evaluation of SFIG and DFIG based wind turbines
CN207053364U (zh) 一种永磁耦合调速电机
Chen Characteristics of induction generators and power system stability
CN115764943A (zh) 储能用永磁同步发电电动机系统及其多功能控制方法
CN201903629U (zh) 交流变压型励磁同步风力发电实验装置
CN101546981B (zh) 一种带电动机启动方式的垂直风力发电机
CN113708393A (zh) 基于飞轮的电力调频系统
TWI463068B (zh) 直驅式風力／潮汐同步發電系統
CN117639025A (zh) 飞轮储能电力调频系统
CN220797812U (zh) 一种基于外转子无刷双馈电机的一次调频系统
CN201466929U (zh) 双永磁型无刷双馈双机械端口电机
Arish et al. Comparative Analysis of PM and Non-PM Design Options for Small-Scale Wind Generators
WO2010051691A1 (zh) 一种小型直驱永磁同步风力发电机及其小型风力发电系统
CN113922400B (zh) 通过电气连接设置储能装置的新能源支撑机及控制方法
CN220570328U (zh) 一种飞轮储能系统及电网频率调节系统
CN220022652U (zh) 一种双馈双电机无刷风力发电系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20211008

WW01 Invention patent application withdrawn after publication