惯量飞轮系统、启动方法、存储介质及计算机程序产品与流程

本申请涉及储能，特别涉及一种惯量飞轮系统、启动方法、存储介质及计算机程序产品。

背景技术：

1、随着全球对可再生能源的重视不断增加，新能源系统(如风力发电和太阳能发电)已成为减少碳排放和实现能源可持续性的重要组成部分。由于新能源系统发电过程不涉及旋转机械部件，因此，当大规模的新能源系统接入电网时，因为没有足够的旋转惯量来平衡突然的负荷变化或发电波动，可能会导致电网频率的不稳定性。

2、相关技术中一般是通过开发弥补惯量的缺失，以确保电网频率的稳定性，如利用传统同步调相机技术，在电网电压发生变化时调节无功功率、并提供少量机械惯量；或者利用化学或传统飞轮储能等技术，通过并网变流器输出虚拟惯量和有功功率。然而，这些技术的协调控制非常复杂，且建设的总成本很高，

技术实现思路

1、本申请提供一种惯量飞轮系统、启动方法、存储介质及计算机程序产品，以解决相关技术中使用同步调相机、化学储能和飞轮储能等方式以确保电网频率的稳定性，存在实施复杂度高以及建设成本昂贵等问题。

2、本申请第一方面实施例提供一种惯量飞轮系统，包括：飞轮和辅助电机；电磁耦合器，其中，电磁耦合器包括内转子和外转子；同步调相机，其中，同步调相机的定子绕组并入电网；整流器、直流母线、以及设置于直流母线上的第一变流器和第二变流器，其中，整流器将电网中的工频交流变为直流电为直流母线供电；第一变流器将辅助电机发出的交流电变为直流电为直流母线供电，或者，将直流母线的直流电流逆变为交流电；第二变流器将直流侧电流逆变为所需频率的交流电通入电磁耦合器的外转子绕组。

3、可选地，当第二变流器输出电流为正向时，合成磁动势的转速快于外转子的机械转速，内转子永磁体受到正向电磁转矩并带动飞轮转子储能。

4、可选地，当第二变流器输出电流为负向时，合成磁动势的转速慢于外转子的机械转速，内转子永磁体受到负向电磁转矩并带动飞轮转子释能。

5、可选地，飞轮转子通过第一机械转轴与辅助电机转子相连，辅助电机转子通过第二机械转轴与电磁耦合器的内转子相连，电磁耦合器的外转子与同步调相机的转子通过第三机械转轴直接相连。

6、本申请第二方面实施例提供一种惯量飞轮系统的启动方法，该方法用于上述实施例中惯量飞轮系统的启动，包括以下步骤：将电磁耦合器外转子电枢绕组短接并与第二变流器断开；通过整流器控制电网侧的输入以维持直流母线的电压为预设电压；通过第一变流器控制输入至辅助电动机的转矩，辅助电动机转子受到转矩的作用带着飞轮与电磁耦合器的内转子开始旋转，在电磁耦合器内转子开始旋转后，外转子受到电磁力的作用带动同步调相机的转子一起旋转；根据辅助电动机的转速调整第二变流器的控制方式，直到辅助电动机的转速达到同步转速后，通过电磁耦合器的电磁作用使得外转子和同步调相机达到同步转速，并在同步相机满足并网条件时，将同步调相机的定子侧并入电网。

7、可选地，根据辅助电动机的转速调整第二变流器的控制方式，包括：当辅助电动机的转速低于同步转速时，第二变流器采用恒转矩的控制方式，控制辅助电动机转子受到预设转矩；当辅助电动机达到同步转速时，第二变流器采用维持同步转速的控制方式。

8、可选地，启动前系统各部分处于静止状态。

9、可选地，整个启动阶段第二变流器都不工作。

10、本申请第三方面实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上述实施例的惯量飞轮系统的启动方法。

11、本申请第四方面实施例提供一种计算机程序产品，其上存储有计算机程序或指令，计算机程序或指令被执行时，以实现如上述实施例的惯量飞轮系统的启动方法。

12、由此，本申请至少具有如下有益效果：

13、本申请实施例的电磁耦合器内转子、辅助电机和飞轮转子同轴连接，电磁耦合器内外转子通过电磁作用相互耦合，使得该系统能向电网提供有功功率、无功功率和直接的机械惯量支撑，且系统结构简单可靠，能够更好的确保电网频率的稳定性。由此，解决了相关技术中使用同步调相机、化学储能和飞轮储能等方式以确保电网频率的稳定性，存在实施复杂度高以及建设成本昂贵等问题。

14、本申请附加的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，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种惯量飞轮系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的惯量飞轮系统，其特征在于，当所述第二变流器输出电流为正向时，合成磁动势的转速快于外转子的机械转速，内转子永磁体受到正向电磁转矩并带动飞轮转子储能。

3.根据权利要求1所述的惯量飞轮系统，其特征在于，当所述第二变流器输出电流为负向时，合成磁动势的转速慢于外转子的机械转速，内转子永磁体受到负向电磁转矩并带动飞轮转子释能。

4.根据权利要求1所述的惯量飞轮系统，其特征在于，所述飞轮转子通过第一机械转轴与辅助电机转子相连，所述辅助电机转子通过第二机械转轴与所述电磁耦合器的内转子相连，所述电磁耦合器的外转子与同步调相机的转子通过第三机械转轴直接相连。

5.一种惯量飞轮系统的启动方法，其特征在于，所述方法用于权利要求1-4任意一项所述惯量飞轮系统的启动，其中，所述方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的惯量飞轮系统的启动方法，其特征在于，所述根据所述辅助电动机的转速调整所述第二变流器的控制方式，包括：

7.根据权利要求5所述的惯量飞轮系统的启动方法，其特征在于，启动前系统各部分处于静止状态。

8.根据权利要求5所述的惯量飞轮系统的启动方法，其特征在于，整个启动阶段第二变流器都不工作。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求5-8任一项所述的惯量飞轮系统的启动方法。

10.一种计算机程序产品，其上存储有计算机程序或指令，其特征在于，所述计算机程序或指令被执行时，以实现权利要求5-8任一项所述的惯量飞轮系统的启动方法。

技术总结
本申请涉及储能技术领域，特别涉及一种惯量飞轮系统、启动方法、存储介质及计算机程序产品，其中，系统包括：飞轮和辅助电机；电磁耦合器包括内转子和外转子；同步调相机的定子绕组并入电网；整流器、直流母线、以及设置于直流母线上的第一变流器和第二变流器，其中，整流器将电网中的工频交流变为直流电为直流母线供电；第一变流器将辅助电机发出的交流电变为直流电为直流母线供电，或者，将直流母线的直流电流逆变为交流电；第二变流器将直流侧电流逆变为所需频率的交流电通入电磁耦合器的外转子绕组。由此，解决了相关技术中使用同步调相机、化学储能和飞轮储能等方式以确保电网频率的稳定性，存在实施复杂度高以及建设成本昂贵等问题。

技术研发人员：王洋,姜新建,倪泽龙,张美玲
受保护的技术使用者：北京清源飞控能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/14