CN117639025A - 飞轮储能电力调频系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞轮储能电力调频系统，包括飞轮系统、变频器和转换器，飞轮系统分别通过变频器和转换器与电网连接，其中，飞轮系统用于将飞轮转子产生的机械能传递至双转子电机，以带动双转子电机发电生成电能，和/或，将双转子电机产生的电能传递至飞轮转子，以带动飞轮转子转动；变频器用于调整双转子电机的输出频率，以使输出频率与电网的频率相匹配；转换器用于控制飞轮系统向电网提供或吸收电能，以使飞轮系统的输出频率与电网的频率相匹配。本申请通过将飞轮系统、变频器和转换器组成一个飞轮储能电力调频系统，利用飞轮储能的大惯量以及快速响应的特点，从电力系统吸收或者释放无功/有功功率，对电网进行稳定的频率调节。

Description

飞轮储能电力调频系统

技术领域

本发明涉及电网控制设备领域，特别是涉及一种飞轮储能电力调频系统。

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，虽然火力机组具备较好的调频效果，但这种调频机组存在响应较慢，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，提供一种飞轮储能电力调频系统。

一种飞轮储能电力调频系统，连接在电网上，包括飞轮系统，以及分别连接在飞轮系统与电网之间的变频器和转换器，其中，所述飞轮系统包括飞轮转子和双转子电机，所述双转子电机包括定子、外转子和内转子；所述飞轮转子通过传动轴与所述双转子电机的外转子连接，所述双转子电机的定子通过开关与所述电网连接，所述双转子电机的定子还通过所述转换器与所述电网连接，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；

所述飞轮系统，用于通过传动轴将所述飞轮转子产生的机械能传递至所述双转子电机，以带动所述双转子电机发电生成电能，和/或，通过所述传动轴将所述双转子电机产生的电能传递至所述飞轮转子，以带动所述飞轮转子转动；

所述变频器，用于通过调整所述飞轮系统中的双转子电机的输出频率，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配；

所述转换器，用于控制所述飞轮系统提供给所述电网或从所述电网吸收的电能，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述变频器，包括机侧变流器、电容和网侧变流器；其中，所述机侧变流器与所述双转子电机的内转子连接，所述电容分别与所述机侧变流器和所述网侧变流器并联，所述网侧变流器还与所述电网连接。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述变频器，还用于：

获取所述转换器的运行状态；

当检测到所述转换器发生故障时，通过所述变频器调整所述飞轮系统的双转子电机的输出频率，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述转换器，包括机侧转换器和网侧转换器；其中，所述机侧转换器的一端与所述双转子电机的定子连接，所述机侧转换器的另一端与所述网侧转换器连接，所述网侧转换器的另一端与所述电网连接。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述转换器，还用于：

获取所述变频器的运行状态；

当检测到所述变频器发生故障时，通过所述转换器调整所述飞轮系统的双转子电机的输出频率，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述通过调整所述飞轮系统中的双转子电机的输出频率，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配，包括：

若监测到所述电网的频率与所述飞轮转子的转速相同，通过所述变频器控制所述双转子电机的内转子和外转子的转速，以使所述双转子电机的输出频率与所述电网的频率相等；

若监测到所述电网的频率处于上升或下降阶段时，通过所述变频器对所述双转子电机的内转子施加反向转差频率，以使所述双转子电机的定子的输出频率与所述电网的频率相等。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述通过调整所述飞轮系统中的双转子电机的输出频率，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配，还包括：

若所述飞轮系统处于加速阶段，则将所述双转子电机的内转子由三相短接切换为变频器控制方式，断开所述开关，通过所述变频器控制所述双转子电机的内转子和外转子达到预设速度，以使所述飞轮转子完成加速达到设计转速；

若所述飞轮系统处于稳频阶段，且所述飞轮转子达到设计转速时，闭合所述开关，通过所述变频器对所述双转子电机的内转子施加反向转差频率，以使所述双转子电机的定子的输出频率与所述电网的频率相等。

进一步地，在本申请的一些实施例中，当所述电力调频系统接收到启动指令时，则所述双转子电机，还用于根据所述启动指令控制所述开关闭合，控制所述飞轮转子转动，以使所述飞轮系统通过所述开关向电网吸收电能并转化为机械能。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述开关，还用于：当监测到所述电网的频率下降变化率大于预设阈值时，通过控制所述开关闭合，以向所述电网提供惯量支撑，并在调频阶段控制所述开关断开。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述控制所述飞轮系统提供给所述电网或从所述电网吸收的电能，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配，包括：

若监测到所述电网的频率处于上升或下降阶段时，断开所述开关，并控制所述转换器使得所述双转子电机的定子的输出频率与所述电网的频率相等。

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：

本发明提供的飞轮储能电力调频系统，通过将飞轮系统、双转子电机、变频器和转换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；另外，本申请的飞轮储能电力调频系统还增加了一套可以直接调节飞轮系统的频率的转换器，以防变频器发生故障无法进行调频时，通过转换器直接调节飞轮系统的频率，从而在原有系统的基础上增加另一种调节方式，增加了系统的冗余性，有效保障电力调频系统的稳定性和可靠性。

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飞轮储能电力调频系统的结构框架示意图；

图2为本发明申请一实施例中双转子电机的结构示意图；

图3为本发明申请另一实施例中飞轮储能电力调频系统的结构框架示意图；

图4为本发明申请的电力调频阶段的示意图；

图5为本发明申请又一实施例中飞轮储能电力调频系统的结构框架示意图；

图6为本发明申请再一实施例中飞轮储能电力调频系统的结构框架示意图。

其中，主要器件符号说明：飞轮系统-100；飞轮转子-110，双转子电机-200；变频器-300；定子-210；外转子-220；内转子-230；变频器-300；转换器-400；机侧转换器-410；网侧转换器-420。

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。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及该技术方案如何解决上述的技术问题进行详细说明。

本发明申请提供的飞轮储能电力调频系统，连接在电网上，如图1所示，飞轮储能电力调频系统具体包括飞轮系统100、双转子电机200、变频器300和转换器400，其中，双转子电机200包括定子210、外转子220和内转子230；该系统中自然包括其他的零部件或者电气元件，例如飞轮100的安装支架，包括轴承、连接轴等，还如飞轮储能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。

如图1所示，本实施例提供的飞轮储能电力调频系统，包括飞轮系统100、以及分别连接在飞轮系统100之间的变频器300和转换器400，其中，飞轮系统100包括飞轮转子110和双转子电机200，飞轮转子110通过传动轴与双转子电机200的外转子220连接，双转子电机200的定子210通过开关与电网连接，双转子电机200的定子210还通过转换器400和电网连接，双转子电机200的内转子230通过变频器300与电网连接。

其中，飞轮系统100，用于通过传动轴将飞轮转子110产生的机械能传递至双转子电机200，以带动双转子电机200发电生成电能，和/或，通过传动轴将双转子电机200产生的电能传递至飞轮转子110，以带动飞轮转子110转动；

变频器300，用于通过调整飞轮系统100中的双转子电机200的输出频率，以使飞轮系统100的输出频率与电网的频率相匹配；

转换器400，用于控制飞轮系统100提供给电网或从电网吸收的电能，以使飞轮系统100的输出频率与电网的频率相匹配。

具体的，本实施例提供的飞轮储能电力调频系统，通过将飞轮系统100和变频器300进行连接，组成一个能够同时进行电力调频和调相的系统，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，实现对电网快速调频和调相的同时，还能减少碳排放。同时，通过将飞轮系统100连接转换器400，通过增加一套可以直接调节飞轮系统100的频率的转换器，以防变频器发生故障无法进行调频时，通过转换器直接调节飞轮系统的频率，从而在原有系统的基础上增加另一种频率调节方式，增加了电力调频系统的冗余性，有效保障电力调频系统的稳定性和可靠性。

可以理解的是，本实施例中的飞轮系统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2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。另外，还可以通过新增的转换器400调整飞轮系统100的输出频率，以便于与电网系统的频率相匹配。

综上，本申请实施例提供的飞轮储能电力调频系统，通过将飞轮储能单元和双转子电机技术有机结合在一起，利用飞轮储能大惯量以及快速响应的特点，通过控制大惯量飞轮的充放电，向电力系统吸收、释放无功和有功功率，从而对电网进行稳定的实时频率调节作用，实现快速调频的同时，对碳排放同时取得较好的抑制作用。

进一步地，在一些实施例中，如图1所示，变频器300具体可以包括机侧变流器、电容和网侧变流器；其中，机侧变流器与双转子电机的内转子连接，电容分别与机侧变流器和网侧变流器并联，网侧变流器还与电网连接。

具体的，在本实例中的变频器300主要包括机侧变流器、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，本实施例中的变频器300，主要用于获取电网的频率，从而根据电网频率调整内转子230的电流角频率，进而调整双转子电机200的输出频率。

进一步地，在一些实施例中，机侧变流器为AC/DC整流器，网侧变流器为双向DC/AC变流器。

具体的，如图3所示，图3提供了飞轮储能电力调频系统的另一结构示意图，机侧变流器可以是AC/DC(交流/直流)整流器，网侧变流器可以是双向DC/AC(直流/交流)变流器，机侧变流器和网侧变流器的种类可以根据实际情况而设定。本实施例通过双转子发电机的定子直接并网，通过变频装置控制双转子电机的内转子电流，实现对双转子电机定子端输出电压的调节，实现飞轮系统的无极调速，使得定子则能够向电网输入恒频电，实现电网调频的作用。

进一步地，在一些实施例中，转换器400具体可以包括机侧转换器和网侧转换器；其中，机侧转换器的一端与双转子电机200的定子210连接，机侧转换器的另一端与网侧转换器连接，网侧转换器的另一端与电网连接。

具体的，本实施例中的转换器400包括机侧转换器和网侧转换器，机侧转换器与双转子电机200的定子电连接，网侧转换器与机侧转换器电连接，网侧转换器还与电网连接，转换器400通过获取电网的频率，从而根据电网的频率调整定子210的电压相位和幅值，进而调整双转子电机200的输出频率。

在具体的实施例中，转换器400具体可以包括机侧转换器、电容和网侧转换器，电容分别与电容分别与机侧转换器和网侧转换器并联，其中，机侧转换器可以是AC/DC(交流/直流)转换器，网侧转换器可以是双向DC/AC(直流/交流)转换器。

进一步地，在一些实施例中，变频器300还用于：获取转换器的运行状态；当检测到转换器发生故障时，通过变频器调整飞轮系统的双转子电机的输出频率，以使飞轮系统的输出频率与电网的频率相匹配。

具体的，本实施例中的变频器300还用于在转换器400发生故障时，替代转换器400对飞轮系统的输出频率进行调节，首先通过控制设备或控制器获取转换400器的当前运行状态，当控制设备或控制器检测到转换器400的当前运行状态不正常时，例如发生故障无法运行，无法通过转换器400正常对飞轮系统100进行调整时，可以通过控制设备或控制器发出切换指令，从而根据切换指令切换对飞轮系统100的调整方式，从通过转换器400进行调整切换为通过变频器300进行调整，通过能够正常工作的变频器300调整飞轮系统100的双转子电机200的输出频率，从而使得飞轮系统100的输出频率与电网的频率相匹配，避免由于转换器发生故障时导致无法正常对飞轮系统的输出频率进行调整的情况，本实施例提出多种调整方式，解决仅有单一调整方式(如转换器调整方式)导致电力调频系统的稳定性下降的问题。

进一步地，在一些实施例中，转换器400还用于：获取变频器的运行状态；当检测到变频器发生故障时，通过转换器调整飞轮系统的双转子电机的输出频率，以使飞轮系统的输出频率与电网的频率相匹配。

具体的，本实施例中的转换器400还用于在变频器300发生故障时，替代变频器300对飞轮系统的输出频率进行调节，首先通过控制设备或控制器获取变频器300的当前运行状态，当控制设备或控制器检测到变频器300的当前运行状态不正常时，例如发生故障无法运行，无法通过变频器300正常对飞轮系统100进行调整时，可以通过控制设备或控制器发出切换指令，从而根据切换指令切换对飞轮系统100的调整方式，从通过变频器300调整切换为通过转换器400调整，通过能够正常工作的转换器400调整飞轮系统100的双转子电机200的输出频率，从而使得飞轮系统100的输出频率与电网的频率相匹配，避免由于变频器发生故障时导致无法正常对飞轮系统的输出频率进行调整的情况，本实施例提出多种调整方式，解决仅有单一调整方式(如变频器调整方式)导致电力调频系统的稳定性下降的问题。

进一步地，在一些实施例中，通过转换器控制飞轮系统提供给电网或从电网吸收的电能，以使飞轮系统的输出频率与电网的频率相匹配，具体可以包括：

若监测到电网的频率处于上升或下降阶段时，断开开关，并控制转换器使得双转子电机的定子的输出频率与所述电网的频率相等。

具体的，如图3所示，图3提供了飞轮储能电力调频系统的另一结构示意图，本实施例提供的转换器400包括机侧转换器和网侧转换器，其中机侧转换器与双转子电机200的定子210电连接，网侧转换器与机侧转换器电连接，网侧转换器还与电网电连接，在具体的实施过程中，通过控制双转子电机侧的机侧转换器的电压和频率，可以降低双转子电机的速度，同时，通过电网侧的网侧转换器来交换有功功率，比如吸收或者释放有功功率，从而调整飞轮系统的输出频率，使得飞轮系统的输出功率高度可控，在需要对电网频率调节时，通过转换器能够直接控制飞轮系统从电网吸收电能或向电网提供电能，通过改变双转子电机的频率将其作为电能注入电网来减少存储在飞轮系统的能量，或者使得动能能量被存储在飞轮系统中，减少电网的能量；而不需通过变频器向双转子电机施加反向转差频率，使得电网的频率保持恒定。本实施例通过将飞轮系统100连接转换器400，增加了一套可以直接调节飞轮系统100的频率的转换器，以防变频器发生故障无法进行调频的情况，增加了电力调频系统的冗余性，有效保障电力调频系统的稳定性和可靠性。其中，本实施例中的转换器400可以是包括直流链路的背对背配置来布置。

另外，在其他实施例中，转换器400可以是矩阵转换器或模块化多级矩阵转换器，也可以是提供双向功率流的静态频率转换器。

进一步地，在一些实施例中，通过变频器调整飞轮系统中的双转子电机的输出频率，以使飞轮系统的输出频率与电网的频率相匹配，具体可以包括：

若监测到电网的频率与飞轮转子的转速相同，通过变频器300控制双转子电机200的内转子230和外转子220的转速，以使双转子电机200的输出频率与电网的频率相等；

若监测到电网的频率处于上升或下降阶段时，通过变频器对双转子电机的内转子施加反向转差频率，以使双转子电机的定子的输出频率与电网的频率相等。

进一步地，在一些实施例中，通过变频器调整飞轮系统中的双转子电机的输出频率，以使飞轮系统的输出频率与电网的频率相匹配，具体还可以包括：

若飞轮系统处于加速阶段，则将双转子电机的内转子由三相短接切换为变频器控制方式，断开开关，通过变频器控制双转子电机的内转子和外转子达到预设速度，以使飞轮转子完成加速达到设计转速；

若飞轮系统处于稳频阶段，且飞轮转子达到设计转速时，闭合开关，通过变频器对双转子电机的内转子施加反向转差频率，以使双转子电机的定子的输出频率与电网的频率相等。

在具体的实施例中，本实施例所提供的飞轮储能电力调频系统的工作状态主要包括飞轮加速阶段和飞轮稳频阶段，以下将分别详细电力调频系统在这两个阶段时的具体工作原理。

在飞轮加速阶段中，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S1。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：n_out*p_out＝n_in*p_in，其中n_out为外转子220转速，n_in为内转子230转速，p_out为转子极对数，p_in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)。例如，通过变频器300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。

在飞轮稳频阶段中，当飞轮转子110加速到设计转速N时，即n_out＝N，稳定后内外转子的转速同样保持n_out*p_out＝n_in*p_in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：

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。

另外，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。

进一步地，在一些实施例中，当电力调频系统接收到启动指令时，则双转子电机，还用于根据启动指令控制开关闭合，控制飞轮转子转动，以使飞轮系统通过开关向电网吸收电能并转化为机械能。

具体的，在飞轮储能电力调频系统启动阶段中，当飞轮系统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。

进一步地，在一些实施例中，开关还用于：当监测到电网的频率下降变化率大于预设阈值时，通过控制开关闭合，以向电网提供惯量支撑，并在调频阶段控制开关断开。

具体的，如图4所示，图4提供了电力调频系统的不同调整阶段对应的频率曲线图，根据图4可知，电力调频系统的调节阶段分为三个阶段，包括惯性响应阶段、一次调频阶段和二次调频阶段。具体的，当监测到电网的频率下降变化率大于预设阈值时，认为电力调频系统处于惯性响应阶段时，此时判断电网需要提供惯量支撑时，通过闭合开关来向电网提供惯量支撑，并在一次调频阶段或二次调频阶段断开开关，由转换器工作来提供调频功能。

进一步地，在一些实施例中，如图5所示，本实施例还提供了飞轮储能电力调频系统的又一种结构示意图，包括飞轮系统、变频器、底层控制器、中层控制器和上层控制器，其中，飞轮系统通过变频器与电网连接，飞轮系统还可以通过开关S1与电网连接，底层控制器的一端与变频器连接，底层控制器还连接中层控制器，中层控制器还分别连接双转子电机的转子、内定子以及电网，中层控制器还与上层控制器连接，通过中层控制器检测所连接双转子电机的转子速度和位置，通过中层控制器检测所连接双转子电机的内定子的电压和电流，以及通过中层控制器检测连接的电网电流，从而通过中层控制器根据监测到的电网的电压电流对底层控制器进行控制，以使底层控制器发出控制指令，从而使得变频器根据底层控制器发出的控制指令对飞轮系统的输出频率进行调节，并通过中层控制器根据检测的转子速度和内定子的电压和电流，判断是否完成本次调频，以确定是否需要进行继续调频。

进一步地，在一些实施例中，如图6所示，本实施例还提供了飞轮储能电力调频系统的再一种结构示意图，包括飞轮系统、变频器以及控制设备，其中飞轮系统包括飞轮和双转子电机，飞轮系统通过变频器与电网连接，以及通过开关S1与电网连接，控制设备分别连接双转子电机的内转子、变频器中的机侧变流器和网侧变流器，控制设备还与电网连接，从而根据获取到的电网的频率以及内转子的速度，发出调频指令至变频器，以使变频器调整飞轮系统的双转子电机的内转子的频率，从而使得飞轮系统的输出频率与电网频率相一致，完成本次电力调频任务。

进一步地，在一些实施例中，双转子电机的外转子采用鼠笼式转子，双转子电机的内转子采用绕线式电磁励转子。

具体的，本实施例中的双转子电机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。

进一步地，在一些实施例中，双转子电机的内转子和外转子分别含有一个电气接口，内转子和外转子互相磁场耦合。

具体的，本实施例中的双转子电机在每个转子上各含有一个电气接口，相比于普通双馈电机，内外转子磁场分离，没有强耦合，在对双转子电机进行控制时，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，大大增加了系统的鲁棒性。

综上所述，本申请实施例提供的飞轮储能电力调频系统，与现有的火力调频技术相比，本申请实施例通过将飞轮储能单元和双转子电机技术有机结合在一起，通过双转子电机的定子直接并网，能够实时在线感受电力系统的功率不平衡，当电网出现波动时，通过变频装置控制双转子电机的内转子电流，从而控制大惯量飞轮的充放电，能实现飞轮系统的无极调速，以及对双转子电机定子端输出电压的调节，向电网吸收和释放有功功率或无功功率，对电网中的不平衡功率进行调节，实现对电网调频的效果，对电网的功率平衡起到实时支撑作用。

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 (10)

1.一种飞轮储能电力调频系统，连接在电网上，其特征在于，包括飞轮系统，以及分别连接在飞轮系统与电网之间的变频器和转换器，其中，所述飞轮系统包括飞轮转子和双转子电机，所述双转子电机包括定子、外转子和内转子；所述飞轮转子通过传动轴与所述双转子电机的外转子连接，所述双转子电机的定子通过开关与所述电网连接，所述双转子电机的定子还通过所述转换器与所述电网连接，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；

所述飞轮系统，用于通过传动轴将所述飞轮转子产生的机械能传递至所述双转子电机，以带动所述双转子电机发电生成电能，和/或，通过所述传动轴将所述双转子电机产生的电能传递至所述飞轮转子，以带动所述飞轮转子转动；

所述变频器，用于通过调整所述飞轮系统中的双转子电机的输出频率，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配；

所述转换器，用于控制所述飞轮系统提供给所述电网或从所述电网吸收的电能，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配。

2.根据权利要求1所述的飞轮储能电力调频系统，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；其中，所述机侧变流器与所述双转子电机的内转子连接，所述电容分别与所述机侧变流器和所述网侧变流器并联，所述网侧变流器还与所述电网连接。

3.根据权利要求1所述的飞轮储能电力调频系统，其特征在于，所述转换器，包括机侧转换器和网侧转换器；其中，所述机侧转换器的一端与所述双转子电机的定子连接，所述机侧转换器的另一端与所述网侧转换器连接，所述网侧转换器的另一端与所述电网连接。

4.根据权利要求1所述的飞轮储能电力调频系统，其特征在于，所述变频器，还用于：

获取所述转换器的运行状态；

当检测到所述转换器发生故障时，通过所述变频器调整所述飞轮系统的双转子电机的输出频率，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配。

5.根据权利要求1所述的飞轮储能电力调频系统，其特征在于，所述转换器，还用于：

获取所述变频器的运行状态；

当检测到所述变频器发生故障时，通过所述转换器调整所述飞轮系统的双转子电机的输出频率，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配。

6.根据权利要求1所述的飞轮储能电力调频系统，其特征在于，所述通过调整所述飞轮系统中的双转子电机的输出频率，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配，包括：

若监测到所述电网的频率与所述飞轮转子的转速相同，通过所述变频器控制所述双转子电机的内转子和外转子的转速，以使所述双转子电机的输出频率与所述电网的频率相等；

若监测到所述电网的频率处于上升或下降阶段时，通过所述变频器对所述双转子电机的内转子施加反向转差频率，以使所述双转子电机的定子的输出频率与所述电网的频率相等。

7.根据权利要求6所述的飞轮储能电力调频系统，其特征在于，所述通过调整所述飞轮系统中的双转子电机的输出频率，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配，还包括：

若所述飞轮系统处于加速阶段，则将所述双转子电机的内转子由三相短接切换为变频器控制方式，断开所述开关，通过所述变频器控制所述双转子电机的内转子和外转子达到预设速度，以使所述飞轮转子完成加速达到设计转速；

若所述飞轮系统处于稳频阶段，且所述飞轮转子达到设计转速时，闭合所述开关，通过所述变频器对所述双转子电机的内转子施加反向转差频率，以使所述双转子电机的定子的输出频率与所述电网的频率相等。

8.根据权利要求1所述的飞轮储能电力调频系统，其特征在于，当所述电力调频系统接收到启动指令时，则所述双转子电机，还用于根据所述启动指令控制所述开关闭合，控制所述飞轮转子转动，以使所述飞轮系统通过所述开关向电网吸收电能并转化为机械能。

9.根据权利要求8所述的飞轮储能电力调频系统，其特征在于，所述开关，还用于：当监测到所述电网的频率下降变化率大于预设阈值时，通过控制所述开关闭合，以向所述电网提供惯量支撑，并在调频阶段控制所述开关断开。

10.根据权利要求1所述的飞轮储能电力调频系统，其特征在于，所述控制所述飞轮系统提供给所述电网或从所述电网吸收的电能，以使所述飞轮系统的输出频率与所述电网的频率相匹配，包括：

若监测到所述电网的频率处于上升或下降阶段时，断开所述开关，并控制所述转换器使得所述双转子电机的定子的输出频率与所述电网的频率相等。