CN117167225A - 一种带飞轮的重力储能系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带飞轮的重力储能系统，重力块设置在竖井内，第一齿条和第二齿条下端竖直设置在重力块上侧，第一齿条和第二齿条的上端与齿条升降驱动机构连接由齿条升降机构驱动，第一飞轮输入齿轮与第一齿条和第二齿条中的一条齿条啮合，第二飞轮输入齿轮与另一条齿条啮合，第一飞轮机构与第一飞轮输入齿轮同轴连接，第二飞轮机构与第二飞轮输入齿轮同轴连接，第一飞轮机构和第二飞轮机构内设置有离合器。本发明重力势能与飞轮的旋转动能直接相互转换，提高了能源效率，通过直接利用飞轮存储的能量启动并提升重力块，可实现快速响应，进行功率的及时补偿，解决了重力储能系统频繁启停造成的冲击电流问题。

Description

一种带飞轮的重力储能系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种重力储能系统及其控制方法，特别是一种带飞轮的重力储能系统及其控制方法，属于储能技术领域。

背景技术

以风光为主的可再生能源固有的间歇性和波动性问题在并网发电过程中日渐突出，容易造成较高的弃风弃光率。储能技术是提高可再生能源消纳和存储能力的重要解决方案。重力储能是一种新型的物理储能技术，与电化学储能技术相比，重力储能技术具有环保、低成本、规模大、使用寿命长且不受地域限制的优点，非常适合于大规模可再生能源电力存储场景。目前，中国天楹开发了一种基于重力滑块的重力储能技术。该技术通过大功率电机/发电机搬运重力滑块上下移动来存储和释放能量。由于重力滑块重量为数十吨，启动负荷大，启停频繁。而启动过程中的瞬时电流是正常运行电流的多倍，一方面会对系统母线产生电流冲击，频繁启停也会造成主网频率不稳定，进而降低电能质量，影响其它设备的正常运行；另一方面风光新能源发电功率不恒定，瞬时功率过大进一步加剧了对主网的损害。所以解决因重力储能系统频繁启停造成的冲击电流问题是保障电网平稳运行的关键因素之一。

不少研究人员正在尝试解决该问题。发明专利CN115441532A提出了一种复合重力储能系统系统，该系统将重力储能装置和功率型储能模块相结合，利用超级电容器、电池或飞轮储能等向电网提供毫秒级及以上的快速功率输入，从而补偿电网的波动。发明专利CN114784830A提出了一种重力结合飞轮的综合物理储能系统，该系统配备了调频飞轮和储能飞轮完成储能系统所接电网的调频功能，并进行电网功率的及时补偿，从而提高电网运行的安全性和平稳性。

不难看出，以上实现手段都是采用功率型储能模块，在重力储能系统的频繁启停时，通过电网控制系统为电网提供毫秒级的高功率峰值，从而补偿电网潜在的电流冲击。但是上述方法属于间接方法，技术效率较低，而且毫秒级的技术控制的实现也对电网控制系统提出了非常高的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种带飞轮的重力储能系统及其控制方法，重力势能和飞轮旋转动能直接相互转换，提高了能源效率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种带飞轮的重力储能系统，其特征在于：包含竖井、重力块、第一齿条、第二齿条、齿条升降驱动机构、第一飞轮机构、第二飞轮机构、第一飞轮输入齿轮和第二飞轮输入齿轮，重力块设置在竖井内，第一齿条和第二齿条下端竖直设置在重力块上侧，第一齿条和第二齿条的上端与齿条升降驱动机构连接由齿条升降机构驱动沿竖直方向升降，第一飞轮输入齿轮与第一齿条和第二齿条中的一条齿条啮合，第二飞轮输入齿轮与第一齿条和第二齿条中的另一条齿条啮合，第一飞轮机构与第一飞轮输入齿轮同轴连接，第二飞轮机构与第二飞轮输入齿轮同轴连接，第一飞轮机构和第二飞轮机构内设置有离合器。

进一步地，所述第一飞轮机构包含第一飞轮、第一飞轮离合器、第一飞轮增速机、第一飞轮主轴和第一飞轮联轴器，第一飞轮通过第一飞轮离合器与第一飞轮增速机的一端连接，第一飞轮增速机的另一端与第一飞轮主轴一端连接，第一飞轮主轴另一端通过第一飞轮联轴器与第一飞轮输入齿轮的转轴连接。

进一步地，所述第二飞轮机构包含第二飞轮、第二飞轮离合器、第二飞轮增速机、第二飞轮主轴和第二飞轮联轴器，第二飞轮通过第二飞轮离合器与第二飞轮增速机的一端连接，第二飞轮增速机的另一端与第二飞轮主轴一端连接，第二飞轮主轴另一端通过第二飞轮联轴器与第二飞轮输入齿轮的转轴连接。

进一步地，所述第一飞轮转动设置在第一飞轮密封壳体内，第二飞轮转动设置在第二飞轮密封壳体内，第一飞轮密封壳体和第二飞轮密封壳体固定在竖井侧壁内部并且第一飞轮密封壳体和第二飞轮密封壳体内部抽真空。

进一步地，所述重力块的上侧开有相互平行的第一齿条滑槽和第二齿条滑槽，第一齿条下端滑动设置在第一齿条滑槽内并且第一齿条的下端与第一齿条推送机构连接由第一齿条推送机构驱动沿第一齿条滑槽长度方向来回滑动，第二齿条下端滑动设置在第二齿条滑槽内并且第二齿条的下端与第二齿条推送机构连接由第二齿条推送机构驱动沿第二齿条滑槽长度方向来回滑动，在充能和释能状态切换时，第一齿条推送机构和第二齿条推送机构分别驱动第一齿条和第二齿条沿着第一齿条滑槽和第二齿条滑槽长度方向移动，实现第一齿条和第二齿条与第一飞轮输入齿轮和第二飞轮输入齿轮的交叉啮合。

进一步地，所述第一齿条推送机构和第二齿条推送机构采用电动推杆或丝杆机构。

进一步地，所述竖井的上端设置有第一导轨和第二导轨，第一齿条的上端滑动设置在第一导轨内并且能够沿着竖直方向在第一导轨内升降，第二齿条的上端滑动设置在第二导轨内并且能够沿着设置方向在第二导轨内升降，第一导轨和第二导轨分别通过导轨支架固定在竖井上端。

进一步地，所述第一导轨和第二导轨的水平厚度与第一齿条和第二齿条的厚度匹配，第一导轨和第二导轨的水平长度与第一齿条滑槽和第二齿条滑槽的长度匹配，第一齿条能够沿着第一导轨的水平长度方向滑动，第二齿条能够沿着第二导轨的水平长度方向滑动。

进一步地，所述齿条升降驱动机构包含钢丝绳、绞盘、齿轮箱和重力储能电机/发电机，钢丝绳的一端与第一齿条和第二齿条的上端连接，钢丝绳的另一端设置在绞盘上，绞盘的一端与齿轮箱的输出端连接，齿轮箱的输入端与重力储能电机/发电机连接。

一种控制方法，包含以下步骤：

设置飞轮上下限转速ω_max和ω_min，飞轮限量系数r，重力块额定速度v_rate，重力块需调整速度v_target；测量并记录飞轮实时转速ω₀和重力块实时移动速度v₀；

重力储能系统进入储能状态时有三种储能模式：

储能模式一：当v₀=0时，重力块位于最低有效位置，第一飞轮离合器和第二飞轮离合器同时闭合，分别连通第一飞轮和第一飞轮增速机以及第二飞轮和第二飞轮增速机，第一飞轮的旋转动能通过第一飞轮输入齿轮传递给第二齿条，第二飞轮的旋转动能通过第二飞轮输入齿轮传递给第一齿条，带动两根齿条将重力块从静止状态提升起来；

储能模式二：当0<v₀<v_rate时，齿条升降驱动机构驱动齿条上升以提升重力块，同时判断飞轮实时转速ω₀：当rω_max<ω₀<ω_max时，第一飞轮和第二飞轮继续为重力块提供动能，直至v₀=v_rate，第一飞轮机构和第二飞轮机构的离合器断开，两个飞轮机构与重力储能装置处于分离状态；当ω_min<ω₀<rω_max时，第一飞轮机构和第二飞轮机构的离合器同时断开，两个飞轮机构与重力储能装置处于分离状态；

储能模式三：当v₀=v_rate，且重力块平稳上升时，需要加速到v_target，第一飞轮机构和第二飞轮机构的离合器从断开状态变为闭合，在保证ω_min<ω₀的前提下，继续为齿条升降驱动机构提供动能，直到v₀= v_target，实现加速储能，两个离合器同时断开；齿条升降驱动机构将重力块提升到最高位，实现储能；随后齿条推送机构带动两根齿条沿着飞轮轴线方向相对移动，实现第一齿条和第一飞轮输入齿轮啮合，第二齿条和第二飞轮输入齿轮啮合，处于预备释能状态；

重力储能系统进入释能状态时有两种释能模式：

释能模式一：当v₀=0时，重力块位于最高有效位置，重力块下降带动齿条升降驱动机构，将旋转动能通过重力储能发电机转换为电能；

释能模式二：当v₀= v_rate，判断飞轮实时转速ω₀，当ω_min<ω₀<ω_max时，第一飞轮机构和第二飞轮机构的离合器同时闭合，与第一齿条和第二齿条分别啮合的第一飞轮输入齿轮和第二飞轮输入齿轮开始旋转，并将旋转动能传递给第一飞轮机构和第二飞轮机构，两个飞轮机构处于储能状态；当ω₀= ω_max时，飞轮充能完成，飞轮机构两个离合器同时断开；重力块继续下降到最低位，实现完全释能，随后齿条推送机构带动两根齿条沿着飞轮轴线方向相对移动，实现第一齿条和第二飞轮输入齿轮啮合，第二齿条和第一飞轮输入齿轮啮合，处于预备储能状态。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本发明直接利用飞轮存储的能量启动并提升重力块，可实现快速响应，进行功率的及时补偿；

2、本发明飞轮机构在结构上完全内置在重力储能系统中，重力势能和飞轮旋转动能直接相互转换，不需要经过机械能到电能的转换，减少了能量转换环节，具有高能效和安全可靠的优点；

3、本发明避免了两种储能方式在物理耦合条件下齿条线速度和飞轮转速之间的匹配问题，既解决了重力储能系统频繁启停造成的冲击电流问题，又在不同时间尺度上平抑了间歇性能源输出功率的波动性。

附图说明

图1是本发明的一种带飞轮的重力储能系统的示意图。

图2是本发明的一种带飞轮的重力储能系统的侧视图。

图3是本发明的重力块的局部示意图。

具体实施方式

为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，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晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1和图2所示，本发明的一种带飞轮的重力储能系统，包含竖井1、重力块2、第一齿条3、第二齿条4、齿条升降驱动机构、第一飞轮机构、第二飞轮机构、第一飞轮输入齿轮5和第二飞轮输入齿轮6，重力块2设置在竖井1内，第一齿条3和第二齿条4下端竖直设置在重力块2上侧，第一齿条3和第二齿条4的上端与齿条升降驱动机构连接由齿条升降机构驱动沿竖直方向升降，第一飞轮输入齿轮5与第一齿条3和第二齿条4中的一条齿条啮合，第二飞轮输入齿轮6与第一齿条3和第二齿条4中的另一条齿条啮合，第一飞轮机构与第一飞轮输入齿轮5同轴连接，第二飞轮机构与第二飞轮输入齿轮6同轴连接，第一飞轮机构和第二飞轮机构内设置有离合器。在重力块2下降的时候，直接对飞轮机构进行蓄能，然后在重力块2需要提升的时候，通过飞轮提供动力使重力块提升。重力块2的重力势能与飞轮机构的飞轮的旋转动能直接相互转换，不需要经过机械能到电能再到机械能的转换，减少了能量转换环节，提高了能源效率，避免了两种储能方式在物理耦合条件下齿条线速度和飞轮转速之间的匹配问题，通过直接利用飞轮存储的能量启动并提升重力块，可实现快速响应，进行功率的及时补偿，解决了重力储能系统频繁启停造成的冲击电流问题，并在不同时间尺度上平抑了间歇性能源输出功率的波动性。

本发明中的竖井1可以是在地下挖掘的竖井，也可以是在地面上建立的建筑结构的竖井。

第一飞轮机构包含第一飞轮7、第一飞轮离合器8、第一飞轮增速机9、第一飞轮主轴10和第一飞轮联轴器11，第一飞轮7通过第一飞轮离合器8与第一飞轮增速机9的一端连接，第一飞轮增速机9的另一端与第一飞轮主轴10一端连接，第一飞轮主轴10另一端通过第一飞轮联轴器11与第一飞轮输入齿轮5的转轴连接。第二飞轮机构包含第二飞轮12、第二飞轮离合器13、第二飞轮增速机14、第二飞轮主轴15和第二飞轮联轴器16，第二飞轮12通过第二飞轮离合器13与第二飞轮增速机14的一端连接，第二飞轮增速机14的另一端与第二飞轮主轴15一端连接，第二飞轮主轴15另一端通过第二飞轮联轴器16与第二飞轮输入齿轮6的转轴连接。

第一飞轮7转动设置在第一飞轮密封壳体17内，第二飞轮12转动设置在第二飞轮密封壳体18内，第一飞轮密封壳体17和第二飞轮密封壳体18固定在竖井1侧壁内部并且第一飞轮密封壳体17和第二飞轮密封壳体18内部抽真空。另外，第一飞轮机构和第二飞轮机构内还设置有制动器，保证重力储能装置的安全运行。

如图3所示，重力块2的上侧开有相互平行的第一齿条滑槽19和第二齿条滑槽20，第一齿条3下端滑动设置在第一齿条滑槽19内并且第一齿条3的下端与第一齿条推送机构连接由第一齿条推送机构驱动沿第一齿条滑槽19长度方向来回滑动，第二齿条4下端滑动设置在第二齿条滑槽20内并且第二齿条4的下端与第二齿条推送机构连接由第二齿条推送机构驱动沿第二齿条滑槽20长度方向来回滑动，在充能和释能状态切换时，第一齿条推送机构和第二齿条推送机构分别驱动第一齿条3和第二齿条4沿着第一齿条滑槽19和第二齿条滑槽20长度方向移动，实现第一齿条3和第二齿条4与第一飞轮输入齿轮5和第二飞轮输入齿轮6的交叉啮合。在重力块2充能和释能状态下齿条沿着导轨上下移动，两根齿条以重力块2垂直轴线为中心，交错布置，在充能和释能状态切换时，齿条推送机构带动齿条沿着飞轮轴线方向移动，实现两根齿条和两个飞轮的输入齿轮交叉啮合。齿条推送机构采用自身存储的电能进行驱动。

第一齿条推送机构和第二齿条推送机构采用电动推杆或丝杆机构。当然齿条推送机构并不局限于采用电动机构，也可以采用气动和液压的驱动机构。

竖井1的上端设置有第一导轨21和第二导轨22，第一齿条3的上端滑动设置在第一导轨21内并且能够沿着竖直方向在第一导轨21内升降，第二齿条4的上端滑动设置在第二导轨22内并且能够沿着设置方向在第二导轨22内升降，第一导轨21和第二导轨22分别通过导轨支架23固定在竖井1上端。

第一导轨21和第二导轨22的水平厚度与第一齿条3和第二齿条4的厚度匹配，第一导轨21和第二导轨22的水平长度与第一齿条滑槽19和第二齿条滑槽20的长度匹配，第一齿条3能够沿着第一导轨21的水平长度方向滑动，第二齿条4能够沿着第二导轨22的水平长度方向滑动。

齿条升降驱动机构包含钢丝绳24、绞盘25、齿轮箱26和重力储能电机/发电机27，钢丝绳24的一端与第一齿条3和第二齿条4的上端连接，钢丝绳24的另一端设置在绞盘25上，绞盘25的一端与齿轮箱26的输出端连接，齿轮箱26的输入端与重力储能电机/发电机27连接。

一种控制方法，包含以下步骤：

设置飞轮上下限转速ω_max和ω_min，飞轮限量系数r，重力块额定速度v_rate，重力块需调整速度v_target；测量并记录飞轮实时转速ω₀和重力块实时移动速度v₀。

重力储能系统进入储能状态时有三种储能模式：

储能模式一：当v₀=0时，重力块2位于最低有效位置，利用飞轮的旋转动能驱动重力块2，将重力块2向上提升。具体地，第一飞轮离合器8和第二飞轮离合器13同时闭合，分别连通第一飞轮7和第一飞轮增速机9以及第二飞轮12和第二飞轮增速机14，第一飞轮7的旋转动能通过第一飞轮输入齿轮5传递给第二齿条4，第二飞轮12的旋转动能通过第二飞轮输入齿轮6传递给第一齿条3，带动两根齿条将重力块2从静止状态提升起来。

储能模式二：当0<v₀<v_rate时，重力储能电机/发电机27供电驱动绞盘25旋转，绞盘25带动钢丝绳24提升重力块2，同时判断飞轮实时转速ω₀：

当rω_max<ω₀<ω_max时，第一飞轮7和第二飞轮12继续为重力块2提供动能，直至v₀=v_rate，第一飞轮机构和第二飞轮机构的离合器断开，两个飞轮机构与重力储能装置处于分离状态；

当ω_min<ω₀<rω_max时，第一飞轮机构和第二飞轮机构的离合器同时断开，两个飞轮机构与重力储能装置处于分离状态。

储能模式三：当v₀=v_rate，且重力块2平稳上升时，需要加速到v_target，第一飞轮机构和第二飞轮机构的离合器从断开状态变为闭合，在保证ω_min<ω₀的前提下，继续为齿条升降驱动机构提供动能，直到v₀= v_target，实现加速储能，两个离合器同时断开。齿条升降驱动机构将重力块2提升到最高位，实现储能。随后齿条推送机构带动两根齿条沿着飞轮轴线方向相对移动，实现第一齿条3和第一飞轮输入齿轮5啮合，第二齿条4和第二飞轮输入齿轮6啮合，处于预备释能状态。

重力储能系统进入释能状态时有两种释能模式：

释能模式一：当v₀=0时，重力块2位于最高有效位置，重力块2下降带动齿条升降驱动机构的钢丝绳24，钢丝绳24带动绞盘25旋转，并将旋转动能通过重力储能电机/发电机27转换为电能。

释能模式二：当v₀= v_rate，判断飞轮实时转速ω₀：

当ω_min<ω₀<ω_max时，第一飞轮机构和第二飞轮机构的离合器同时闭合，与第一齿条3和第二齿条4分别啮合的第一飞轮输入齿轮5和第二飞轮输入齿轮6开始旋转，并将旋转动能传递给第一飞轮机构和第二飞轮机构，两个飞轮机构处于储能状态；

当ω₀= ω_max时，飞轮充能完成，飞轮机构两个离合器同时断开；重力块2继续下降到最低位，实现完全释能，随后齿条推送机构带动两根齿条沿着飞轮轴线方向相对移动，实现第一齿条3和第二飞轮输入齿轮6啮合，第二齿条4和第一飞轮输入齿轮5啮合，处于预备储能状态。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带飞轮的重力储能系统，其特征在于：包含竖井、重力块、第一齿条、第二齿条、齿条升降驱动机构、第一飞轮机构、第二飞轮机构、第一飞轮输入齿轮和第二飞轮输入齿轮，重力块设置在竖井内，第一齿条和第二齿条下端竖直设置在重力块上侧，第一齿条和第二齿条的上端与齿条升降驱动机构连接由齿条升降机构驱动沿竖直方向升降，第一飞轮输入齿轮与第一齿条和第二齿条中的一条齿条啮合，第二飞轮输入齿轮与第一齿条和第二齿条中的另一条齿条啮合，第一飞轮机构与第一飞轮输入齿轮同轴连接，第二飞轮机构与第二飞轮输入齿轮同轴连接，第一飞轮机构和第二飞轮机构内设置有离合器。

2.根据权利要求1所述的一种带飞轮的重力储能系统，其特征在于：所述第一飞轮机构包含第一飞轮、第一飞轮离合器、第一飞轮增速机、第一飞轮主轴和第一飞轮联轴器，第一飞轮通过第一飞轮离合器与第一飞轮增速机的一端连接，第一飞轮增速机的另一端与第一飞轮主轴一端连接，第一飞轮主轴另一端通过第一飞轮联轴器与第一飞轮输入齿轮的转轴连接。

3.根据权利要求1所述的一种带飞轮的重力储能系统，其特征在于：所述第二飞轮机构包含第二飞轮、第二飞轮离合器、第二飞轮增速机、第二飞轮主轴和第二飞轮联轴器，第二飞轮通过第二飞轮离合器与第二飞轮增速机的一端连接，第二飞轮增速机的另一端与第二飞轮主轴一端连接，第二飞轮主轴另一端通过第二飞轮联轴器与第二飞轮输入齿轮的转轴连接。

4.根据权利要求1所述的一种带飞轮的重力储能系统，其特征在于：所述第一飞轮转动设置在第一飞轮密封壳体内，第二飞轮转动设置在第二飞轮密封壳体内，第一飞轮密封壳体和第二飞轮密封壳体固定在竖井侧壁内部并且第一飞轮密封壳体和第二飞轮密封壳体内部抽真空。

5.根据权利要求1所述的一种带飞轮的重力储能系统，其特征在于：所述重力块的上侧开有相互平行的第一齿条滑槽和第二齿条滑槽，第一齿条下端滑动设置在第一齿条滑槽内并且第一齿条的下端与第一齿条推送机构连接由第一齿条推送机构驱动沿第一齿条滑槽长度方向来回滑动，第二齿条下端滑动设置在第二齿条滑槽内并且第二齿条的下端与第二齿条推送机构连接由第二齿条推送机构驱动沿第二齿条滑槽长度方向来回滑动，在充能和释能状态切换时，第一齿条推送机构和第二齿条推送机构分别驱动第一齿条和第二齿条沿着第一齿条滑槽和第二齿条滑槽长度方向移动，实现第一齿条和第二齿条与第一飞轮输入齿轮和第二飞轮输入齿轮的交叉啮合。

6.根据权利要求5所述的一种带飞轮的重力储能系统，其特征在于：所述第一齿条推送机构和第二齿条推送机构采用电动推杆或丝杆机构。

7.根据权利要求5所述的一种带飞轮的重力储能系统，其特征在于：所述竖井的上端设置有第一导轨和第二导轨，第一齿条的上端滑动设置在第一导轨内并且能够沿着竖直方向在第一导轨内升降，第二齿条的上端滑动设置在第二导轨内并且能够沿着设置方向在第二导轨内升降，第一导轨和第二导轨分别通过导轨支架固定在竖井上端。

8.根据权利要求7所述的一种带飞轮的重力储能系统，其特征在于：所述第一导轨和第二导轨的水平厚度与第一齿条和第二齿条的厚度匹配，第一导轨和第二导轨的水平长度与第一齿条滑槽和第二齿条滑槽的长度匹配，第一齿条能够沿着第一导轨的水平长度方向滑动，第二齿条能够沿着第二导轨的水平长度方向滑动。

9.根据权利要求1所述的一种带飞轮的重力储能系统，其特征在于：所述齿条升降驱动机构包含钢丝绳、绞盘、齿轮箱和重力储能电机/发电机，钢丝绳的一端与第一齿条和第二齿条的上端连接，钢丝绳的另一端设置在绞盘上，绞盘的一端与齿轮箱的输出端连接，齿轮箱的输入端与重力储能电机/发电机连接。

10.一种权利要求1-9任一项所述的带飞轮的重力储能系统的控制方法，其特征在于包含以下步骤：

设置飞轮上下限转速ω_max和ω_min，飞轮限量系数r，重力块额定速度v_rate，重力块需调整速度v_target；测量并记录飞轮实时转速ω₀和重力块实时移动速度v₀；

重力储能系统进入储能状态时有三种储能模式：

储能模式一：当v₀=0时，重力块位于最低有效位置，第一飞轮离合器和第二飞轮离合器同时闭合，分别连通第一飞轮和第一飞轮增速机以及第二飞轮和第二飞轮增速机，第一飞轮的旋转动能通过第一飞轮输入齿轮传递给第二齿条，第二飞轮的旋转动能通过第二飞轮输入齿轮传递给第一齿条，带动两根齿条将重力块从静止状态提升起来；

储能模式二：当0<v₀< v_rate时，齿条升降驱动机构驱动齿条上升以提升重力块，同时判断飞轮实时转速ω₀：当rω_max<ω₀<ω_max时，第一飞轮和第二飞轮继续为重力块提供动能，直至v₀=v_rate，第一飞轮机构和第二飞轮机构的离合器断开，两个飞轮机构与重力储能装置处于分离状态；当ω_min<ω₀<rω_max时，第一飞轮机构和第二飞轮机构的离合器同时断开，两个飞轮机构与重力储能装置处于分离状态；

储能模式三：当v₀=v_rate，且重力块平稳上升时，需要加速到v_target，第一飞轮机构和第二飞轮机构的离合器从断开状态变为闭合，在保证ω_min<ω₀的前提下，继续为齿条升降驱动机构提供动能，直到v₀= v_target，实现加速储能，两个离合器同时断开；齿条升降驱动机构将重力块提升到最高位，实现储能；随后齿条推送机构带动两根齿条沿着飞轮轴线方向相对移动，实现第一齿条和第一飞轮输入齿轮啮合，第二齿条和第二飞轮输入齿轮啮合，处于预备释能状态；

重力储能系统进入释能状态时有两种释能模式：

释能模式一：当v₀=0时，重力块位于最高有效位置，重力块下降带动齿条升降驱动机构，将旋转动能通过重力储能发电机转换为电能；

释能模式二：当v₀= v_rate，判断飞轮实时转速ω₀，当ω_min<ω₀< ω_max时，第一飞轮机构和第二飞轮机构的离合器同时闭合，与第一齿条和第二齿条分别啮合的第一飞轮输入齿轮和第二飞轮输入齿轮开始旋转，并将旋转动能传递给第一飞轮机构和第二飞轮机构，两个飞轮机构处于储能状态；当ω₀= ω_max时，飞轮充能完成，飞轮机构两个离合器同时断开；重力块继续下降到最低位，实现完全释能，随后齿条推送机构带动两根齿条沿着飞轮轴线方向相对移动，实现第一齿条和第二飞轮输入齿轮啮合，第二齿条和第一飞轮输入齿轮啮合，处于预备储能状态。