CN115693964A - 飞轮储能及惯量传导系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种飞轮储能及惯量传导系统的控制方法，包括：检测飞轮转子的当前转速r和/或电网的当前频率f；根据r和/或f，控制飞轮转子储存动能或释放动能；当飞轮转子储存动能时，控制电动机从电网中吸收电能以驱动飞轮转子的转速上升；当飞轮转子释放动能时，控制电动机待机，发电机向电网中输入稳定电能。通过控制飞轮转子储存动能及释放动能，可以使飞轮储能及惯量传导系统参与电网调节，降低电网的频率波动。

Description

飞轮储能及惯量传导系统的控制方法

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其是涉及一种飞轮储能及惯量传导系统的控制方法。

背景技术

随着以清洁能源为主的新一轮能源变革的发展，新能源目前在我国电网中的占比越来越高。但是，新能源技术中多采用电力电子装置接入电网，而电力电子装置属于静置设备，其不具备同步机类似的旋转结构，几乎没有转动惯量，无法主动为电网提供必要的电压和频率支撑，也无法提供必要的阻尼作用。尤其是随着通过电力电子装置连接到电网的分布式能源的渗透率越来越高，电网总的转动惯量不断减小，因此当发生重大的负荷或电源突变时电网出现大的频率偏差的风险也不断提高。高比例电力电子装置的接入会导致电网长期处于低惯量水平中，增加系统不平衡功率冲击，这给电力系统安全稳定的运行带来了越来越大的压力。为改善缓解电网运行压力及新能源消纳压力，亟需具备一定的支撑电网动态调整能力的储能系统来提高电网高效接纳新能源的能力。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

飞轮储能技术是一种以动能形式存储能量的储能技术，通过电动机/发电机带动转子加速/减速的方式来实现能量的存储/释放。飞轮储能的主要优点是具有快速的爬坡能力、能量转换效率高和使用寿命长等，在提供辅助服务，例如惯量和频率调节等方面具有得天独厚的优势。且飞轮没有任何地理限制，可以轻松安装，具有可推广及可大规模复制的优点。

目前已有的飞轮储能技术均通过电力电子装置辅助电动/发电机进行动能和电能之间的相互转换过程。当系统需要储存电能时，其会将外部输送来的交流电通过AC/DC的方式供给电动机，进而驱动飞轮转子旋转储能；当需要放电时，电力电子装置对飞轮转子的转子转动惯量进行解耦，起到整流、调频、稳压的作用，以满足负载用电需求。但是电力电子装置属于静置设备，几乎没有转动惯量，因此，飞轮储能技术无法解决当前电网中由电力电子装置的使用导致的总的转动惯量不断减小的问题，

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种飞轮储能及惯量传导系统的控制方法。

根据本发明实施例的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法，所述飞轮储能及惯量传导系统包括飞轮储能单元、惯量传导装置和发电机，所述飞轮储能单元包括飞轮转子和电动机，所述电动机用于吸收电网中的电能以驱动所述飞轮转子转动，所述飞轮转子与所述惯量传导装置传动连接，所述惯量传导装置用于传导转动惯量，所述惯量传导装置为变速装置且变速比可调以便能够保持输出转速恒定，所述发电机用于受所述惯量传导装置驱动产生并向电网中输入具有稳定频率的电能，

所述飞轮储能及惯量传导系统的控制方法包括：

检测所述飞轮转子的当前转速r和/或电网的当前频率f；

根据r和/或f，控制所述飞轮转子储存动能或释放动能；

当所述飞轮转子储存动能时，控制所述电动机从电网中吸收电能以驱动所述飞轮转子的转速上升；

当所述飞轮转子释放动能时，控制所述电动机待机，所述发电机向电网中输入稳定电能。

本发明实施例提供的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法通过控制飞轮转子储存动能及释放动能，可以使飞轮储能及惯量传导系统参与电网调节，降低电网的频率波动。

在一些实施例中，设定所述飞轮转子的预设转速阈值r’，根据r控制所述飞轮转子储存动能、释放动能或待机；

若r＜r’，控制所述飞轮转子储存动能；

若r＞r’，控制所述飞轮转子释放动能；

若r＝r’，控制所述电动机待机且所述发电机断开与电网的连接。

在一些实施例中，设定电网的预设频率阈值f’，判断f的大小，并根据f的大小控制所述飞轮转子储存动能、释放动能或待机；

若f＞f’，控制所述飞轮转子储存动能；

若f＜f’，控制所述飞轮转子释放动能；

若f＝f’，控制所述飞轮转子释放或储存动能以使r保持等于预设转速阈值r’。

在一些实施例中，设定电网的预设频率区间和预设频率阈值f’，所述预设频率区间的最小频率阈值为f₁,最大频率阈值为f₂，其中f₁＜f’＜f₂，判断f是否在所述预设频率区间内，若是，所述飞轮储能及惯量传导系统进入惯量响应阶段；

进入所述惯量响应阶段，判断f的大小，并根据f的大小控制所述飞轮转子储存动能或释放动能；

若f₁≤f＜f’，控制所述飞轮转子释放动能；

若f’＜f≤f₂，控制所述飞轮转子储存动能；

若f＝f’，控制所述飞轮转子释放或储存动能以使r保持等于预设转速阈值r’。

在一些实施例中，若f超出所述预设频率区间，所述飞轮储能及惯量传导系统进入调频阶段；

进入调频阶段，判断f的大小，并根据f的大小控制所述飞轮转子储存动能或释放动能；

若f＞f₂，控制所述飞轮转子储存动能；

若f＜f₁，控制所述飞轮转子释放动能。

在一些实施例中，设定电网的预设频率区间和预设频率阈值f’，所述预设频率区间的最小频率阈值为f₁,最大频率阈值为f₂，其中f₁＜f’＜f₂，设定预设转速区间和预设转速阈值r’，所述预设转速区间的最小转速阈值为r₁,最大转速阈值为r₂，其中，r₁＜r’＜r₂，

判断r是否在所述预设转速区间内；

若是，判断f是否在所述预设频率区间内；

若是，所述飞轮储能及惯量传导系统进入惯量响应阶段；

进入惯量响应阶段，判断f的大小，并根据f的大小控制所述飞轮转子储存动能或释放动能；

若f₁≤f＜f’，控制所述飞轮转子释放动能；

若f’＜f≤f₂，控制所述飞轮转子储存动能；

若f＝f’，控制所述飞轮转子释放或储存动能以使r保持等于r’。

在一些实施例中，若f超出所述预设频率区间，所述飞轮储能及惯量传导系统进入调频阶段；

进入调频阶段，判断f的大小，并根据f的大小控制所述飞轮转子储存动能或释放动能；

若f＞f₂，控制所述飞轮转子储存动能；

若f＜f₁，控制所述飞轮转子释放动能。

在一些实施例中，若r超出所述预设转速区间内，根据r和f控制所述飞轮转子储存动能、释放动能或待机；

若f＞f’且r＜r₁，控制所述飞轮转子储存动能，若f＜f’且r＞r₂，控制所述飞轮转子释放动能，若f＞f’且r＞r₂，控制所述电动机待机且所述发电机断开与电网的连接，若f＜f’且r＜r₁，控制所述电动机待机且所述发电机断开与电网的连接。

在一些实施例中，所述f’为50Hz，f₁为(50-0.033)Hz,f₂为(50+0.033)Hz。

在一些实施例中，设定所述惯量传导装置的输出转速预设阈值，检测所述惯量传导装置的输入转速；

根据所述惯量传导装置的输入转速和所述输出转速预设阈值，运算出所述惯量传导装置的理想变速比；

根据所述理想变速比调控所述惯量传导装置的变速比。

本发明的附加方面和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

图1是根据本发明实施例的飞轮储能及惯量传导系统的示意图。

图2是根据本发明实施例的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法的流程图一。

图3是根据本发明实施例的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法的流程图二。

图4是根据本发明实施例的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法的流程图三。

附图标记：

飞轮储能及惯量传导系统1、飞轮储能单元10、飞轮转子111、电动机112、惯量传导装置20、转动惯量输入端211、转动惯量输出端212、发电机30、第一传动轴41、第二传动轴42。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面根据图1描述本发明的实施例的飞轮储能及惯量传导系统1的基本结构。如图1所示，飞轮储能及惯量传导系统1包括飞轮储能单元10、惯量传导装置20和发电机30。

飞轮储能单元10包括飞轮转子111和电动机112。飞轮转子111的加速能够实现能量的储存，飞轮转子111的减速能够实现能量的释放。其中飞轮转子111与电动机112相连，电动机112用于吸收电网中的电能以驱动飞轮转子111旋转。电动机112通过驱动飞轮转子111加速旋转，最终实现电能以动能的形式储存在飞轮储能单元10中。

惯量传导装置20用于传导飞轮转子111由于转动产生的转动惯量，以及驱动发电机30产生并输出电能。其中，飞轮转子111与惯量传导装置20传动连接。惯量传导装置20与发电机30传动连接，也就是说，惯量传导装置20可以与发电机30传动连接以驱动发电机30。

惯量传导装置20的输出转速保持恒定，以便惯量传导装置20能够驱动发电机30产生并输出频率稳定的电流。也就是说，使惯量传导装置20的输出转速恒定，从而能够稳定地向发电机30输入动能，发电机30在稳定的驱动下能够稳定发电，产生并输出具有频率稳定的电流。发电机30将产生的具有频率稳定的电能输入电网。

本发明实施例提供的飞轮储能及惯量传导系统1具有用于传导转动惯量的惯量传导装置20，且惯量传导装置20的输出转速能够保持恒定，发电机30能够稳定输出电能。将本发明实施例提供的飞轮储能及惯量传导系统1与电网连接，无需采用电力电子装置解耦、整流、调频、稳压，解决了目前电网中由电力电子装置的使用导致的总的转动惯量不断减小的问题，能够提高电网中的转动惯量，为电网提供必要的电压和频率支撑，降低了电网出现大的频率偏差的风险，使电力系统能够安全稳定的运行，并提高了电网高效接纳新能源的能力。

本发明实施例的飞轮储能及惯量传导系统1的控制方法包括：

检测所述飞轮转子的当前转速r和/或电网的当前频率f；

根据r和/或f，控制所述飞轮转子储存动能或释放动能；

其中，当所述飞轮转子储存动能时，控制所述电动机从电网中吸收电能以驱动所述飞轮转子的转速上升，且发电机30处于空载或待机状态当所述飞轮转子释放动能时，控制所述电动机待机，所述发电机向电网中输入稳定电能。

也就是说，本发明实施例的飞轮储能及惯量传导系统1的控制方法包括根据飞轮转子111的当前转速r和电网的当前频率f中的至少一者，判断需要飞轮转子111储存动能还是释放动能。

若判断出需要飞轮转子111储存动能，则控制电动机112从电网中吸收电能，电动机112驱动飞轮转子111的转速上升，将电能转化为动能储存在飞轮转子111中。发电机30处于空载或待机状态，也就是说，当飞轮转子111储存动能时，发电机30不向电网中输送电能。

若判断出需要飞轮转子111释放动能，则控制电动机112待机，即电动机112不运行，其没有驱动飞轮转子111加速。发电机30在惯量传导装置20的输出端的驱动下运行，并产生具有稳定频率的电能。也就是说，在释能状态下，惯量传导装置20的输出转速保持恒定，发电机30在恒定转速下能够向电网输入稳定的电能。

可选地，惯量传导装置20的输出转速恒定在3000rpm，也就是说，发电机30能够在3000rpm的恒定转速下运作产生稳定频率的电能。

进一步可选地，发电机30输出的电流的频率为50Hz，发电机30可以直接向电网中输电。

本发明实施例提供的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法通过控制飞轮转子储存动能及释放动能，可以使飞轮储能及惯量传导系统参与电网调节，将溢出的能量按溢出比例存于飞轮转子或者从飞轮转子按缺失比例汲取能量补充电网，降低电网的频率波动。

如图2所示，在一些实施例中，飞轮储能及惯量传导系统的控制方法包括：

设定飞轮转子111的预设转速阈值r’，根据r控制飞轮转子111储存动能、释放动能或待机；

若r＜r’，控制飞轮转子111储存动能；

若r＞r’，控制飞轮转子111释放动能；

若r＝r’，控制电动机112待机且发电机30处于空载或待机状态，飞轮转子111待机。

也就是说，当飞轮转子111的转速没有达到预设转速值时，应该通过电动机112向飞轮转子111中储存动能，当飞轮转子111的转速没有高于预设转速值时，应该通过发电机30使向飞轮转子111释放动能，使飞轮转子111的转速保持在预设值，可以使其能够以更好的状态应对电网的频率波动，也可以使飞轮转子111在良好的工况下运行。可选地，r’的取值范围为100rpm-1000000rpm。

如图3所示，在一些实施例中，飞轮储能及惯量传导系统的控制方法包括：

设定电网的预设频率阈值f’，判断f的大小，并根据f的大小控制飞轮转子111储存动能或释放动能；

若f＞f’，控制飞轮转子111储存动能；

若f＜f’，控制飞轮转子111释放动能；

若f＝f’，控制飞轮转子111释放或储存动能以使r保持等于预设转速阈值r’。

为了应对电网的频率波动，设定电网的预设频率阈值f’，即电网的理想频率，可选地，f’为50Hz。当电网的频率上升且超过f’时，电动机112从电网中吸收电能，驱动飞轮转子111的转速上升以储存动能，从而使电网的频率逐渐降低到理想值f’，且发电机30处于空载或待机状态。当电网的频率下降且低于f’时，电动机111待机，飞轮转子111驱动发电机30发电，发电机30向电网中输送具有频率稳定的电能，从而使电网的频率逐渐上升到理想值f’。

当电网的频率等于预设频率阈值f’时，控制飞轮转子111释放动能或储存动能，也就是说，通过释放或储存动能，使飞轮转子111的转速下降或上升，以维持在预设转速阈值r’，从而使飞轮转子111以最好的状态应对下一次的电网的频率波动。

在一些实施例中，飞轮储能及惯量传导系统的控制方法包括：

设定电网的预设频率区间和预设频率阈值f’，预设频率区间的最小频率阈值为f₁,最大频率阈值为f₂，其中f₁＜f’＜f₂，判断f是否在预设频率区间内，若是，飞轮储能及惯量传导系统进1入惯量响应阶段；

进入惯量响应阶段，判断f的大小，并根据f的大小控制飞轮转子储存动能或释放动能；

若f₁≤f＜f’，控制飞轮转子释放动能；

若f’＜f≤f₂，控制飞轮转子储存动能；

若f＝f’，控制飞轮转子释放或储存动能以使r保持等于预设转速阈值r’；

若f超出预设频率区间，飞轮储能及惯量传导系统1进入调频阶段；

进入调频阶段，判断f的大小，并根据f的大小控制飞轮转子储存动能或释放动能；

若f＞f₂，控制飞轮转子储存动能；

若f＜f₁，控制飞轮转子释放动能。

可选地，f₁为(50-0.033)Hz,f₂为(50+0.033)Hz，即预设频率区间为(50±0.033)Hz。

飞轮储能及惯量传导系统1具有惯量响应阶段和调频阶段，当电网的频率大于等于(50-0.033)Hz小于等于(50+0.033)Hz时，飞轮储能及惯量传导系统1进入惯量响应阶段。当电网的频率小于(50-0.033)Hz或大于(50+0.033)Hz时，飞轮储能及惯量传导系统1进入调频阶段。

飞轮储能及惯量传导系统1进入惯量响应阶段后，判断电网的当前频率f的大小，若(50-0.033)Hz≤f＜50Hz，控制飞轮转子释放动能，若50Hz＜f≤(50+0.033)Hz，控制飞轮转子储存动能，若f＝50Hz，控制飞轮转子释放或储存动能以使r保持等于预设转速阈值r’，从而使飞轮转子111以最好的状态应对下一次的电网的频率波动。

飞轮储能及惯量传导系统1进入调频阶段后，判断电网的当前频率f的大小，若f＞(50+0.033)Hz，控制飞轮转子储存动能，若f＜(50-0.033)Hz，控制飞轮转子释放动能。

如图4所示，在一些实施例中，飞轮储能及惯量传导系统的控制方法包括：

设定电网的预设频率区间和预设频率阈值f’，预设频率区间的最小频率阈值为f₁,最大频率阈值为f₂，其中f₁＜f’＜f₂，设定预设转速区间和预设转速阈值r’，预设转速区间的最小转速阈值为r₁,最大转速阈值为r₂，其中，r₁＜r’＜r₂，

判断r是否在预设转速区间内；

若是，判断f是否在预设频率区间内；

若是，飞轮储能及惯量传导系统进入惯量响应阶段；

进入惯量响应阶段，判断f的大小，并根据f的大小控制飞轮转子储存动能或释放动能；

若f₁≤f＜f’，控制飞轮转子释放动能；

若f’＜f≤f₂，控制飞轮转子储存动能；

若f＝f’，控制飞轮转子释放或储存动能以使r保持等于r’；

若f超出预设频率区间，飞轮储能及惯量传导系统进入调频阶段；

进入调频阶段，判断f的大小，并根据f的大小控制飞轮转子储存动能或释放动能；

若f＞f₂，控制飞轮转子储存动能；

若f＜f₁，控制飞轮转子释放动能。

在图4所示的实施例中，首先判断飞轮转子111的转速是否在预设转速范围内，若飞轮转子111的转速在预设转速范围内，则认为飞轮转子111的转速在正常范围内，可以参与电网的频率调节，即飞轮储能及惯量传导系统1能够进入惯量响应阶段或调频阶段。若飞轮转子111的转速超出预设转速范围，则判断此时飞轮储能及惯量传导系统1无法进入惯量响应阶段或调频阶段。这是由于，飞轮转子111的转速过大则会造成飞轮转子111损坏，飞轮转子111的转速过小，则飞轮转子111无法有效的驱动发电机30发电。

进一步地，如图4所示，飞轮储能及惯量传导系统1的控制方法还包括：

若r超出预设转速区间内，根据r和f控制飞轮转子111储存动能、释放动能或待机；

若f＞f’且r＜r₁，控制飞轮转子111储存动能，若f＜f’且r＞r₂，控制飞轮转子111释放动能，若f＞f’且r＞r₂，或者，f＜f’且r＜r₁，控制电动机112待机且发电机30断开与电网的连接。

以f’为50Hz为例，当r＜r₁时，飞轮转子111的转速过低，此时不适宜飞轮转子111释放动能。若f＞50Hz，则飞轮转子111可以储存动能，电动机112从电网中吸取溢出的电能储存在飞轮转子111中，此时即可以使飞轮转子111转速上升，也可以调节电网频率，使电网频率下降；若f＜50Hz，此时飞轮转子111不适宜释放动能，因此控制飞轮转子111进入待机阶段，即控制电动机112待机且发电机30处于空载或待机状态，可选地，等待电网的下一次的频率上升，可以为飞轮转子111储存动能。

当r＞r₂时，飞轮转子111的转速过高，此时不适宜飞轮转子111吸收动能。若f＜50Hz，则飞轮转子111可以释放动能驱动发电机30发电并向电网中输电，此时即可以使飞轮转子111转速下降到正常值，也可以调节电网频率，使电网频率上升；若f＞50Hz，此时飞轮转子111由于转速过高不适宜储存动能，因此控制飞轮转子111进入待机阶段，即控制电动机112待机且发电机30处于空载或待机状态，可选地，等待电网的下一次的频率下降，飞轮转子111可以释放动能以降低转速到正常范围。

在一些实施例中，飞轮储能及惯量传导系统的控制方法还包括：

设定惯量传导装置20的输出转速预设阈值，检测惯量传导装置20的输入转速；

根据惯量传导装置20的输入转速和输出转速预设阈值，运算出惯量传导装置20的理想变速比；

根据理想变速比调控惯量传导装置的变速比。

其中，惯量传导装置20的输入转速等于飞轮转子111的转速，惯量传导装置20的理想变速比等于惯量传导装置20的输入转速和输出转速预设阈值之比，可选地，输出转速预设阈值为3000转，即发动机30始终在3000转的转速下被驱动发电。

可以理解的是，由于飞轮转子111的转速的不断变化，即惯量传导装置20的输入转速不断变化。通过对惯量传导装置20的变速比进行调节，可以使转动惯量输出端212的转速不受飞轮转子111的转速的变化的影响而始终保持恒定。也就是说，为了使转动惯量输出端212的转速保持恒定，对转动惯量输出端212的转速设定预设值，根据飞轮转子111当前的转速，能够计算得出惯量传导装置20的理想变速比，并根据该理想变速比不断调节惯量传导装置20的变速比，从而实现使转动惯量输出端212的转速能够保持恒定，发电机30能够稳定发电。

当飞轮转子111的转速上升时，为了保持转动惯量输出端212的转速恒定，使惯量传导装置20的变速比上升，当飞轮转子111的转速下降时，为了保持转动惯量输出端212的转速恒定，使惯量传导装置20的变速比下降。

下面以图1所示的飞轮储能及惯量传导系统1的示意图为例描述本发明实施例的飞轮储能及惯量传导系统1的组成、连接关系及运作流程。

在图1所示的实施例中，飞轮储能及惯量传导系统1包括飞轮储能单元10、惯量传导装置20和发电机30。

惯量传导装置20用于传导飞轮转子111由于转动产生的转动惯量。惯量传导装置20包括转动惯量输入端211和转动惯量输出端212。其中，飞轮转子111与转动惯量输入端211传动连接，转动惯量输出端212与发电机30传动连接。在该实施例中，惯量传导装置20的转动惯量传递方向固定，即由飞轮转子111向发电机30方向传递。转动惯量输出端212的转速能够保持恒定。需要说明的是，在其他实施例中，发电机30也可以为电动发电一体机，用于将电网中的电能转化为动能传递给飞轮转子111。此时，转动惯量输出端212作为电能输入端，转动惯量输入端211作为转动惯量输出端，电网的电能由发电机30向飞轮转子111方向传递。

进一步地，惯量传导装置20为变速装置且变速比可调以便使转动惯量输出端212的转速能够保持恒定。惯量传导装置20的变速比为惯量传导装置20的输入转速与输出转速之比。惯量传导装置20的输入转速即转动惯量输入端211的转速，惯量传导装置20的输出转速即转动惯量输出端212的转速。惯量传导装置20的输出转速由惯量传导装置20的变速比决定，也可以说，惯量传导装置20的变速比由惯量传导装置20的输出转速和输入转速决定。

需要说明的是，在本实施例中，惯量传导装置20的输入转速与飞轮转子111的输出转速相等，发电机30的转速与惯量传导装置20的输出转速相等。

本领域的技术人员可以理解的是，飞轮转子111的转速通常情况下处于不断变化之中，通过对惯量传导装置20的变速比进行调节，可以使转动惯量输出端212的转速不受飞轮转子111的转速的变化的影响而始终保持恒定。也就是说，为了使转动惯量输出端212的转速保持恒定，对转动惯量输出端212的转速设定预设值，根据飞轮转子111当前的转速，能够计算得出惯量传导装置20的理想变速比，并根据该理想变速比不断调节惯量传导装置20的变速比，从而实现使转动惯量输出端212的转速能够保持恒定，发电机30能够稳定发电。

在一些实施例中，为了使飞轮储能及惯量传导系统1能够更好地使惯量传导装置20的输出转速恒定，以使发电机30能够输出稳定的电流，在一些实施例中，惯量传导装置20为无级变速装置，即惯量传导装置20可以连续获得允许的变速范围内任何变速比。使惯量传导装置20具有无级变速功能，可以更灵活地对惯量传导装置20的变速比进行调节，提高惯量传导装置20的输出转速的稳定性，使发电机30向电网中持续稳定地输出电流。

进一步可选地，惯量传导装置20为具有无级变速功能的永磁变速装置、液力变速装置或齿轮传动装置、转差异步可调的变速装置或双馈异步可调的变速装置。

在一些实施例中，如图1所示，飞轮储能及惯量传导系统1包括第一传动轴41和第二传动轴42。其中，第一传动轴41用于连接飞轮转子111、电动机112和转动惯量输入端111。第二传动轴42用于连接转动惯量输出端212和发电机30。第一传动轴41贯穿飞轮转子111，一端与电动机112的输出端传动连接，另一端与转动惯量输入端111传动连接。

飞轮转子111在储存动能时，电动机112通过驱动第一传动轴41实现驱动飞轮转子111加速转动。飞轮转子111在释放动能时，飞轮转子111的转动带动第一传动轴41旋转，将转动惯量传递给惯量传导装置20，经过惯量传导装置20变速后，第二传动轴42驱动发电机运作而发电，并且，在该过程中惯量传导装置20的变速比不断调整以使第二传动轴42的转速恒定。在待机阶段，飞轮转子111带动第一传动轴41旋转，飞轮转子111释放少量动能，能够保持第二传动轴42的转速恒定。

可以理解的是，图1仅为本发明提供的飞轮储能及惯量传导系统1的一个示例。在其他实施例中，飞轮储能及惯量传导系统1的传动关系还可以有其他方式，这里不作限制。

可选地，在其他实施例中，飞轮转子111和惯量传导装置20之间设置有连接装置，惯量传导装置20和发电机30之间设置有连接装置。

可选地，所述连接装置可以包括一个或多个联轴器，法兰盘，齿轮装置等。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种飞轮储能及惯量传导系统的控制方法，其特征在于，

所述飞轮储能及惯量传导系统包括飞轮储能单元、惯量传导装置和发电机，所述飞轮储能单元包括飞轮转子和电动机，所述电动机用于吸收电网中的电能以驱动所述飞轮转子转动，所述飞轮转子与所述惯量传导装置传动连接，所述惯量传导装置用于传导转动惯量，所述惯量传导装置为变速装置且变速比可调以便能够保持输出转速恒定，所述发电机用于受所述惯量传导装置驱动产生并向电网中输入具有稳定频率的电能，

所述飞轮储能及惯量传导系统的控制方法包括：

检测所述飞轮转子的当前转速r和/或电网的当前频率f；

根据r和/或f，控制所述飞轮转子储存动能或释放动能；

其中，当所述飞轮转子储存动能时，控制所述电动机从电网中吸收电能以驱动所述飞轮转子的转速上升，所述发电机处于空载或待机状态，当所述飞轮转子释放动能时，控制所述电动机待机，所述发电机向电网中输入稳定电能。

2.根据权利要求1所述的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法，其特征在于，还包括：

设定所述飞轮转子的预设转速阈值r’，根据r控制所述飞轮转子储存动能、释放动能或待机；

若r＜r’，控制所述飞轮转子储存动能；

若r＞r’，控制所述飞轮转子释放动能；

若r＝r’，控制所述电动机待机且所述发电机处于空载或待机状态。

3.根据权利要求1所述的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法，其特征在于，

设定电网的预设频率阈值f’，判断f的大小，并根据f的大小控制所述飞轮转子储存动能或释放动能；

若f＞f’，控制所述电动机取电所述飞轮转子储存动能；

若f＜f’，控制所述飞轮转子释放动能；

若f＝f’，控制所述飞轮转子释放或储存动能以使r保持等于预设转速阈值r’。

4.根据权利要求1所述的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法，其特征在于，还包括：

设定电网的预设频率区间和预设频率阈值f’，所述预设频率区间的最小频率阈值为f₁,最大频率阈值为f₂，其中f₁＜f’＜f₂，判断f是否在所述预设频率区间内，若是，所述飞轮储能及惯量传导系统进入惯量响应阶段；

进入所述惯量响应阶段，判断f的大小，并根据f的大小控制所述飞轮转子储存动能或释放动能；

若f₁≤f＜f’，控制所述飞轮转子释放动能；

若f’＜f≤f₂，控制所述飞轮转子储存动能；

若f＝f’，控制所述飞轮转子释放或储存动能以使r保持等于预设转速阈值r’。

5.根据权利要求4所述的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法，其特征在于，还包括：

若f超出所述预设频率区间，所述飞轮储能及惯量传导系统进入调频阶段；

进入调频阶段，判断f的大小，并根据f的大小控制所述飞轮转子储存动能或释放动能；

若f＞f₂，控制所述飞轮转子储存动能；

若f＜f₁，控制所述飞轮转子释放动能。

6.根据权利要求1所述的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法，其特征在于，还包括：

设定电网的预设频率区间和预设频率阈值f’，所述预设频率区间的最小频率阈值为f₁,最大频率阈值为f₂，其中f₁＜f’＜f₂，设定预设转速区间和预设转速阈值r’，所述预设转速区间的最小转速阈值为r₁,最大转速阈值为r₂，其中，r₁＜r’＜r₂，

判断r是否在所述预设转速区间内；

若是，判断f是否在所述预设频率区间内；

若是，所述飞轮储能及惯量传导系统进入惯量响应阶段；

进入惯量响应阶段，判断f的大小，并根据f的大小控制所述飞轮转子储存动能或释放动能；

若f₁≤f＜f’，控制所述飞轮转子释放动能；

若f’＜f≤f₂，控制所述飞轮转子储存动能；

若f＝f’，控制所述飞轮转子释放或储存动能以使r保持等于r’。

7.根据权利要求6所述的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法，其特征在于，还包括：

若f超出所述预设频率区间，所述飞轮储能及惯量传导系统进入调频阶段；

进入调频阶段，判断f的大小，并根据f的大小控制所述飞轮转子储存动能或释放动能；

若f＞f₂，控制所述飞轮转子储存动能；

若f＜f₁，控制所述飞轮转子释放动能。

8.根据权利要求6或7所述的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法，其特征在于，还包括：

若r超出所述预设转速区间内，根据r和f控制所述飞轮转子储存动能、释放动能或待机；

若f＞f’且r＜r₁，控制所述飞轮转子储存动能，若f＜f’且r＞r₂，控制所述飞轮转子释放动能，若f＞f’且r＞r₂，或者，f＜f’且r＜r₁，控制所述电动机待机且所述发电机处于空载或待机状态。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法，其特征在于，所述f’为50Hz，f₁为(50-0.033)Hz,f₂为(50+0.033)Hz。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的飞轮储能及惯量传导系统的控制方法，其特征在于，还包括：

设定所述惯量传导装置的输出转速预设阈值，检测所述惯量传导装置的输入转速；

根据所述惯量传导装置的输入转速和所述输出转速预设阈值，运算出所述惯量传导装置的理想变速比；

根据所述理想变速比调控所述惯量传导装置的变速比。

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