CN114567082A - 一种储能飞轮阵列系统的安全控制装置及安全控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于储能飞轮技术领域，提供了储能飞轮阵列系统的安全控制装置及安全控制方法。其中，该装置包括控制器及储能飞轮阵列系统，储能飞轮阵列系统包括开关柜及与其相连的多个并联储能阵列模块；储能阵列模块包括网侧变流器及与其相连的多个并联储能飞轮系统，储能飞轮系统包括机侧变流器、储能飞轮本体和制动电阻，制动电阻设置在机侧变流器和储能飞轮本体之间；控制器用于判断储能飞轮阵列系统的故障类型，当判断为电气系统故障时，根据电气系统内的故障元件，再依次确定开关柜的动作及开启制动电阻；当判断为储能飞轮本体故障时，闭合开关柜开关，开启制动电阻，根据故障时刻飞轮储能系统存储能量来确定故障储能飞轮本体的充放电工作。
Description
技术领域
本发明属于储能飞轮技术领域，尤其涉及一种储能飞轮阵列系统的安全控制装置及安全控制方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。通过电动/发电互逆式双向电机，电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存，并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。在储能时，电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电机带动飞轮加速转动，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中；之后，电机维持一个恒定的转速，直到接收到一个能量释放的控制信号；释能时，高速旋转的飞轮拖动电机发电，经电力转换器输出适用于负载的电流与电压，完成机械能到电能转换的释放能量过程。整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出过程。
目前一般都是单台储能飞轮安全控制方法，如图1所示，都是通过制动电阻直接制动，制动电阻一般接入直流侧或飞轮侧。当刹车电阻接在直流侧且网侧变流器出现故障时，储能飞轮将无法刹车；当刹车电阻接在飞轮侧且机侧变流器与储能飞轮直接相连，若机侧变流器出现故障，则导致制动不可控。而且现有的单台储能飞轮安全控制策略简单且无法应用于整个储能飞轮阵列系统，从而无法保障整个储能飞轮阵列系统的稳定运行。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种储能飞轮阵列系统、制动控制方法及电网系统，其适用于整个储能飞轮阵列系统的安全控制，能够保障整个储能飞轮阵列系统的稳定运行。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供了一种储能飞轮阵列系统的安全控制装置，其包括控制器及储能飞轮阵列系统，所述储能飞轮阵列系统包括开关柜及与其相连的多个并联储能阵列模块；所述储能阵列模块包括网侧变流器及与其相连的多个并联储能飞轮系统，所述储能飞轮系统包括机侧变流器、储能飞轮本体和制动电阻，所述制动电阻设置在机侧变流器和储能飞轮本体之间；
所述控制器用于判断储能飞轮阵列系统的故障类型，当判断为电气系统故障时，根据电气系统内的故障元件，再依次确定开关柜的动作及开启制动电阻；当判断为储能飞轮本体故障时，闭合开关柜开关，开启制动电阻，再根据故障时刻飞轮储能系统存储能量来确定故障储能飞轮本体的充放电工作。
作为一种实施方式，所述控制器用于：当判断电气系统内的开关柜故障时，执行开关柜保护动作。
作为一种实施方式，所述控制器用于：当判断电气系统内的网侧变流器或机侧变流器故障时，执行开关柜关闭动作。
作为一种实施方式，所述控制器用于：当判断飞轮转速低于等于能满功率放电的最低转速时，控制故障飞轮继续靠本身的制动电阻制动，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
作为一种实施方式，所述控制器用于：当飞轮转速高于能满功率放电的最低转速，并且故障储能飞轮存储能量小于其他储能飞轮可吸收能量之和时，控制故障飞轮靠本身的制动电阻继续制动的同时，向其他储能飞轮放电，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
作为一种实施方式，所述控制器用于：当故障储能飞轮存储能量小于其他储能飞轮可吸收能量之和时，控制故障飞轮靠本身的制动电阻继续制动的同时断开其他储能飞轮本体与相应机侧变流器，控制其他侧变流器为相应制动电阻供电，使得故障飞轮同时共享使用其他储能飞轮的制动电阻，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
作为一种实施方式，所述控制器与第一继电器相连，所述第一继电器串接在机侧变流器和储能飞轮本体之间；
作为一种实施方式，所述控制器与第二继电器相连，所述第二继电器用于控制制动电阻的开启与断开。
作为一种实施方式，所述控制器与第三继电器相连，所述第三继电器串接在机侧变流器与网侧变流器之间。
作为一种实施方式，所述控制器与第四继电器相连，所述第四继电器串接在网侧变流器与开关柜之间。
本发明的第二个方面提供了一种基于如上述所述的储能飞轮阵列系统的安全控制装置的控制方法，其包括：
判断储能飞轮阵列系统的故障类型，当判断为电气系统故障时，根据电气系统内的故障元件，再依次确定开关柜的动作及开启制动电阻；当判断为储能飞轮本体故障时，闭合开关柜开关，开启制动电阻，再根据故障时刻飞轮储能系统存储能量来确定故障储能飞轮本体的充放电工作。
作为一种实施方式，当判断电气系统内的开关柜故障时，执行开关柜保护动作；
当判断电气系统内的网侧变流器或机侧变流器故障时，执行开关柜关闭动作。
作为一种实施方式，当判断飞轮转速低于等于能满功率放电的最低转速时，控制故障飞轮继续靠本身的制动电阻制动，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
作为一种实施方式，当飞轮转速高于能满功率放电的最低转速，并且故障储能飞轮存储能量小于其他储能飞轮可吸收能量之和时，控制故障飞轮靠本身的制动电阻继续制动的同时，向其他储能飞轮放电，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
作为一种实施方式，当故障储能飞轮存储能量小于其他储能飞轮可吸收能量之和时，控制故障飞轮靠本身的制动电阻继续制动的同时断开其他储能飞轮本体与相应机侧变流器，控制其他侧变流器为相应制动电阻供电，使得故障飞轮同时共享使用其他储能飞轮的制动电阻，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种储能飞轮阵列系统的安全控制装置及控制方法，首先判断储能飞轮阵列系统的故障类型，当判断为电气系统故障时，根据电气系统内的故障元件，再依次确定开关柜的动作及开启制动电阻；当判断为储能飞轮本体故障时，闭合开关柜开关，开启制动电阻，再根据故障时刻飞轮储能系统存储能量来确定故障储能飞轮本体的充放电工作，适用于整个储能飞轮阵列系统，提高了整个储能飞轮阵列系统的稳定运行；而且将每个储能飞轮本体与对应机侧变流器之间连接制动电阻，能大大提高制动效率，提高了安全性与冗余。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是传统储能飞轮阵列系统结构示意图；
图2是本发明实施例的储能飞轮阵列系统结构示意图；
图3是本发明实施例的储能飞轮阵列系统安全控制方法流程图。
其中，1.储能飞轮本体；2.制动电阻；3.机侧变流器；4.网侧变流器；5.开关柜；11.第一继电器；12.第二继电器；13.第三继电器；14.第四继电器；101.储能飞轮系统；102.储能阵列模块；103.储能飞轮阵列系统。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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。
单台储能飞轮一般是由储能飞轮本体连接变频器，再连接网侧变流器(PCS)，通过开关柜连接到交流电网上。其工作原理：当通过电网吸收电能时，PCS把电网的交流电转化为直流电，再通过变频器驱动储能飞轮本体，使储能飞轮本体转速增加，把电能转化为转子的动能存储下来；当向交流电网回馈能量时，储能飞轮本体转速降低，通过机侧变频器把动能转化为电能，在利用PCS把直流电转化为工频交流电回馈电网。一般情况制动电阻如图1所示连接在直流侧或飞轮，通过相应继电器控制。
实施例一
如图2所示，本实施例提供了一种储能飞轮阵列系统的安全控制装置，其包括控制器及储能飞轮阵列系统103，所述储能飞轮阵列系统103包括开关柜5及与其相连的多个并联储能阵列模块102；所述储能阵列模块102包括网侧变流器4及与其相连的多个并联储能飞轮系统101，所述储能飞轮系统101包括机侧变流器3、储能飞轮本体1和制动电阻2，所述制动电阻2设置在机侧变流器3和储能飞轮本体1之间；
其中，机侧变流器3在本实施例中为变频器；网侧变流器4在本实施例中采用PCS来表示。
在本实施例中，所述控制器与第一继电器11相连，所述第一继电器11串接在机侧变流器3和储能飞轮本体1之间；所述控制器与第二继电器12相连，所述第二继电器12用于控制制动电阻2的开启与断开。
所述控制器与第三继电器13相连，所述第三继电器13串接在机侧变流器3与网侧变流器4之间。所述控制器与第四继电器14相连，所述第四继电器14串接在网侧变流器4与开关柜5之间。
所述控制器用于判断储能飞轮阵列系统的故障类型，当判断为电气系统故障时，根据电气系统内的故障元件，再依次确定开关柜的动作及开启制动电阻；当判断为储能飞轮本体故障时，闭合开关柜开关，开启制动电阻，再根据故障时刻飞轮储能系统存储能量来确定故障储能飞轮本体的充放电工作。
其中，开关柜的开启和断开由控制器控制第四继电器的通断来实现；
制动电阻的开启与关断由控制器控制第一继电器和第二继电器来实现；
机侧变流器的通断由控制器控制第三继电器的通断来实现。
在本实施例中，电气系统故障包含三种，分别是开关柜故障、网侧变流器(即PCS故障)和机侧变流器故障(即变频器故障)。
在具体实施过程中，所述控制器用于：当判断电气系统内的开关柜故障时，执行开关柜保护动作；当判断电气系统内的网侧变流器或机侧变流器故障时，执行开关柜关闭动作。
在具体实施过程中，所述控制器用于：当判断飞轮转速低于等于能满功率放电的最低转速时(即系统储能量低时)，控制故障飞轮继续靠本身的制动电阻制动，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
当飞轮转速高于能满功率放电的最低转速，并且故障储能飞轮存储能量小于其他储能飞轮可吸收能量之和时(即系统储能量中时)，控制故障飞轮靠本身的制动电阻继续制动的同时，向其他储能飞轮放电，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
当故障储能飞轮存储能量小于其他储能飞轮可吸收能量之和时(即系统储能量高时)，控制故障飞轮靠本身的制动电阻继续制动的同时断开其他储能飞轮本体与相应机侧变流器，控制其他侧变流器为相应制动电阻供电，使得故障飞轮同时共享使用其他储能飞轮的制动电阻，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
实施例二
参照图3，本实施例提供了一种基于如上述所述的储能飞轮阵列系统的安全控制装置的控制方法，其包括：
判断储能飞轮阵列系统的故障类型，当判断为电气系统故障时，根据电气系统内的故障元件，再依次确定开关柜的动作及开启制动电阻；当判断为储能飞轮本体故障时，闭合开关柜开关，开启制动电阻，再根据故障时刻飞轮储能系统存储能量来确定故障储能飞轮本体的充放电工作。
在本实施例中，电气系统故障包含三种，分别是开关柜故障、网侧变流器和机侧变流器故障。
当判断电气系统内的开关柜故障时，执行开关柜保护动作。
具体地，开关柜故障处理方式为：
首先，开关柜断开；然后，断开全部第三继电器和第四继电器，闭合全部第一继电器和第二继电器；制动电阻开始工作刹车制动直到所有飞轮停止运行。最后，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
当判断电气系统内的网侧变流器或机侧变流器故障时，执行开关柜关闭动作。
具体地，网侧变流器和机侧变流器故障处理方式为：
首先，关闭开关柜开关；然后，断开全部第三继电器和第四继电器，闭合全部第一继电器和第二继电器；制动电阻开始工作刹车制动直到所有飞轮停止运行。最后，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
储能飞轮本体故障处理方式：
首先，关闭开关柜开关，闭合故障飞轮第一继电器和第二继电器；制动电阻开始工作。然后根据故障时刻飞轮储能系统存储能量进行判断。
当判断飞轮转速低于等于能满功率放电的最低转速时(即系统储能量低时)，控制故障飞轮继续靠本身的制动电阻制动，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
当飞轮转速高于能满功率放电的最低转速，并且故障储能飞轮存储能量小于其他储能飞轮可吸收能量之和时(即系统储能量中时)，控制故障飞轮靠本身的制动电阻继续制动的同时，向其他储能飞轮放电，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
当故障储能飞轮存储能量小于其他储能飞轮可吸收能量之和时(即系统储能量高时)，控制故障飞轮靠本身的制动电阻继续制动的同时断开其他飞轮的第一继电器，闭合第二继电器，进而达到断开其他储能飞轮本体与相应机侧变流器的目的，控制其他侧变流器为相应制动电阻供电，使得故障飞轮同时共享使用其他储能飞轮的制动电阻，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种储能飞轮阵列系统的安全控制装置，其特征在于，包括控制器及储能飞轮阵列系统，所述储能飞轮阵列系统包括开关柜及与其相连的多个并联储能阵列模块；所述储能阵列模块包括网侧变流器及与其相连的多个并联储能飞轮系统，所述储能飞轮系统包括机侧变流器、储能飞轮本体和制动电阻，所述制动电阻设置在机侧变流器和储能飞轮本体之间；
所述控制器用于判断储能飞轮阵列系统的故障类型，当判断为电气系统故障时，根据电气系统内的故障元件，再依次确定开关柜的动作及开启制动电阻；当判断为储能飞轮本体故障时，闭合开关柜开关，开启制动电阻，再根据故障时刻飞轮储能系统存储能量来确定故障储能飞轮本体的充放电工作。
2.如权利要求1所述的储能飞轮阵列系统的安全控制装置，其特征在于，所述控制器用于：当判断电气系统内的开关柜故障时，执行开关柜保护动作；
或所述控制器用于：当判断电气系统内的网侧变流器或机侧变流器故障时，执行开关柜关闭动作。
3.如权利要求1所述的储能飞轮阵列系统的安全控制装置，其特征在于，所述控制器用于：当判断飞轮转速低于等于能满功率放电的最低转速时，控制故障飞轮继续靠本身的制动电阻制动，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
4.如权利要求1所述的储能飞轮阵列系统的安全控制装置，其特征在于，所述控制器用于：当飞轮转速高于能满功率放电的最低转速，并且故障储能飞轮存储能量小于其他储能飞轮可吸收能量之和时，控制故障飞轮靠本身的制动电阻继续制动的同时，向其他储能飞轮放电，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
5.如权利要求1所述的储能飞轮阵列系统的安全控制装置，其特征在于，所述控制器用于：当故障储能飞轮存储能量小于其他储能飞轮可吸收能量之和时，控制故障飞轮靠本身的制动电阻继续制动的同时断开其他储能飞轮本体与相应机侧变流器，控制其他侧变流器为相应制动电阻供电，使得故障飞轮同时共享使用其他储能飞轮的制动电阻，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
6.如权利要求1所述的储能飞轮阵列系统的安全控制装置，其特征在于，所述控制器与第一继电器相连，所述第一继电器串接在机侧变流器和储能飞轮本体之间；
或所述控制器与第二继电器相连，所述第二继电器用于控制制动电阻的开启与断开；
或所述控制器与第三继电器相连，所述第三继电器串接在机侧变流器与网侧变流器之间；
或所述控制器与第四继电器相连，所述第四继电器串接在网侧变流器与开关柜之间。
7.一种基于如权利要求1-6中任一项所述的储能飞轮阵列系统的安全控制装置的控制方法，其特征在于，包括：
判断储能飞轮阵列系统的故障类型，当判断为电气系统故障时，根据电气系统内的故障元件，再依次确定开关柜的动作及开启制动电阻；当判断为储能飞轮本体故障时，闭合开关柜开关，开启制动电阻，再根据故障时刻飞轮储能系统存储能量来确定故障储能飞轮本体的充放电工作。
8.如权利要求7所述的储能飞轮阵列系统的安全控制装置的控制方法，其特征在于，当判断电气系统内的开关柜故障时，执行开关柜保护动作；
当判断电气系统内的网侧变流器或机侧变流器故障时，执行开关柜关闭动作。
9.如权利要求7所述的储能飞轮阵列系统的安全控制装置的控制方法，其特征在于，当判断飞轮转速低于等于能满功率放电的最低转速时，控制故障飞轮继续靠本身的制动电阻制动，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
10.如权利要求7所述的储能飞轮阵列系统的安全控制装置的控制方法，其特征在于，当飞轮转速高于能满功率放电的最低转速，并且故障储能飞轮存储能量小于其他储能飞轮可吸收能量之和时，控制故障飞轮靠本身的制动电阻继续制动的同时，向其他储能飞轮放电，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修；
或
当故障储能飞轮存储能量小于其他储能飞轮可吸收能量之和时，控制故障飞轮靠本身的制动电阻继续制动的同时断开其他储能飞轮本体与相应机侧变流器，控制其他侧变流器为相应制动电阻供电，使得故障飞轮同时共享使用其他储能飞轮的制动电阻，直至停止，然后再停止其他储能飞轮运行，关闭储能飞轮阵列系统，并进行故障排查与检修。
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