本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种供电系统和电力运行系统。
背景技术：
在一些负载的运行过程中，运行的持续性要求比较高。其中，为保证运行的持续、不间断，一般会设置备用电源，以在电网的供电中断或异常时，通过备用电源对负载进行供电。
经发明人研究发现，在现有技术中，备用电源一般采用化学电池，因而存在着储能效率低、故障率高以及污染环境的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种供电系统和电力运行系统，以改善现有技术中因采用化学电池而存在储能效率低、故障率高以及污染环境的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
一种供电系统，用于对负载进行供电，所述供电系统包括：
飞轮电机，该飞轮电机包括定子、电枢绕组和励磁绕组，所述电枢绕组和所述励磁绕组设置于所述定子；
开关电路，该开关电路包括输入端和输出端，该输入端与电网连接，该输出端与负载连接；
充放电电路，该充放电电路的一端与所述开关电路的输出端连接、另一端与所述电枢绕组连接；
励磁电路，该励磁电路的一端与所述开关电路的输出端连接、另一端与所述励磁绕组连接；
其中，在电网的供电正常时，所述开关电路闭合，电网对负载供电，且所述飞轮电机通过所述充放电电路和所述励磁电路将电网提供的电能转换为动能以存储，在电网的供电异常时，所述开关电路断开，所述飞轮电机将动能转换为电能通过所述充放电电路向负载供电。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述供电系统中，所述开关电路包括：
双向可控硅，该双向可控硅的一端作为输入端与电网连接、另一端作为输出端分别与所述充放电电路、励磁电路以及负载连接；
其中，在电网供电异常时，流经所述双向可控硅的电流小于维持电流，以使所述双向可控硅关断。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述供电系统中，所述充放电电路包括：
第一换流单元，该第一换流单元的交流端与所述开关电路的输出端连接；
第二换流单元，该第二换流单元的直流端与所述第一换流单元的直流端连接、交流端与所述电枢绕组连接；
其中，在电网供电正常时，所述第一换流单元对电网输出的交流电进行整流处理，以得到直流电并输出至所述第二换流单元，所述第二换流单元对该直流电进行逆变处理，以得到交流电并输出至所述电枢绕组，在电网供电异常时，所述第二换流单元对所述电枢绕组输出的交流电进行整流处理，以得到直流电并输出至所述第一换流单元，所述第一换流单元对该直流电进行逆变处理，以得到交流电并输出至负载。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述供电系统中，所述充放电电路还包括：
第一滤波单元，该第一滤波单元的一端与所述开关电路的输出端连接、另一端与所述第一换流单元的交流端连接，以使所述第一换流单元的交流端与所述开关电路的输出端通过所述第一滤波单元连接；
第一储能单元，该第一储能单元的两端分别与所述第一换流单元的两个直流端连接。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述供电系统中，所述励磁电路包括：
第三换流单元，该第三换流单元的交流端与所述开关电路的输出端连接；
第四换流单元，该第四换流单元的直流端与所述第三换流单元的直流端连接、交流端与所述励磁绕组连接；
第二储能单元，该第二储能单元的两端分别与所述第三换流单元的两个直流端连接。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述供电系统中，还包括：
电压检测器，该电压检测器设置于所述负载，以检测所述负载的电压；
控制电路，该控制电路的输入端与所述电压检测器的输出端连接、输出端分别与所述充放电电路的控制端和励磁电路的控制端连接；
其中，所述控制电路根据所述电压检测器检测到的负载的电压，判断电网是否存在供电异常，若存在供电异常，则对所述充放电电路和励磁电路进行控制，以使所述飞轮电机输出的电能经过所述充放电电路的转换后输出工频交流电至负载。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述供电系统中，还包括：
采样电路，该采样电路的输入端与所述电压检测器的输出端连接、输出端与所述控制电路的输入端连接，以使所述电压检测器采集的电压信号经过所述采样电路的处理后传输至所述控制电路。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述供电系统中，所述采样电路包括：
第二滤波单元，该第二滤波单元的输入端与所述电压检测器的输出端连接；
放大处理单元，该放大处理单元的输入端与所述第二滤波单元的输出端连接；
逻辑门处理单元，该逻辑门处理单元的输入端与所述放大处理单元的输出端连接、输出端与所述控制电路的输入端连接。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述供电系统中，所述第二滤波单元包括：
rc滤波器，该rc滤波器的输入端与所述电压检测器的输出端连接；
陶瓷滤波器，该陶瓷滤波器的输入端与所述rc滤波器的输出端连接；
有源滤波器，该有源滤波器的输入端与所述陶瓷滤波器的输出端连接、输出端与所述放大处理单元的输入端连接。
在上述基础上，本发明实施例还提供了一种电力运行系统，包括电网、负载以及上述供电系统，所述电网和所述负载分别与所述供电系统连接。
本发明提供的供电系统和电力运行系统，通过采用飞轮电机作为备用电源，利用飞轮电机具有的效率高、寿命长以及环境污染小的优势，可以改善现有技术中因采用化学电池而存在储能效率低、故障率高以及污染环境的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电力运行系统的结构框图。
图2为本发明实施例提供的供电系统的结构框图。
图3为本发明实施例提供的供电系统的电路原理图。
图4为本发明实施例提供的开关电路的电路原理图。
图5为本发明实施例提供的第一换流单元的电路原理图。
图6为本发明实施例提供的第三换流单元的电路原理图。
图7为本发明实施例提供的第四换流单元的电路原理图。
图8为本发明实施例提供的供电系统的另一结构框图。
图标：10-电力运行系统；100-供电系统；110-开关电路；t-双向可控硅；s-断路器；120-充放电电路；121-第一换流单元；q11-第一晶体管；q12-第二晶体管；q13-第三晶体管；q14-第四晶体管；q15-第五晶体管；q16-第六晶体管；123-第二换流单元；125-第一滤波单元；127-第一储能单元；130-励磁电路；131-第三换流单元；d1-第一二极管；d2-第二二极管；d3-第三二极管；d4-第四二极管；d5-第五二极管；d6-第六二极管；133-第四换流单元；q21-第一场效应管；q22-第二场效应管；q23-第三场效应管；q24-第四场效应管；135-第二储能单元；140-飞轮电机；141-电枢绕组；143-励磁绕组；150-电压检测器；160-控制电路；170-采样电路；171-第二滤波单元；173-放大处理单元；175-逻辑门处理单元；200-电网；300-负载。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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发明中的具体含义。
如图1所示，本发明实施例提供了一种电力运行系统10，可以包括供电系统100、电网200以及负载300。其中，所述供电系统100与所述电网200和所述负载300分别连接，以通过所述电网200进行充电、控制所述电网200对所述负载300的供电以及在所述电网200存在供电异常时向所述负载300供电。
可选地，所述电网200的类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，既可以是输出两相交流电，也可以是输出三相交流电。在本实施例中，所述电网200可以输出三相交流电。
可选地，所述负载300的类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，所述负载300既可以是是通过两相交流电驱动，也可以是通过三相交流电驱动，还可以是直流电驱动。并且，在所述负载300的驱动类型和所述电网200的供电类型不一致时，可以通过设置换流器件进行转换。
结合图2和图3，本发明实施例还提供一种可应用于上述电力运行系统10的供电系统100。其中，所述供电系统100可以包括开关电路110、充放电电路120、励磁电路130以及飞轮电机140。
进一步地，在本实施例中，所述开关电路110包括输入端和输出端，该输入端与所述电网200连接，该输出端与所述负载300连接，以实现对所述电网200与所述负载300之间的通电控制。所述充放电电路120的一端与所述开关电路110的输出端连接、另一端与所述飞轮电机140的电枢绕组141连接，以通过所述充放电电路120对所述电枢绕组141进行供电。所述励磁电路130的一端与所述开关电路110的输出端连接、另一端与所述飞轮电机140的励磁绕组143连接，以通过所述励磁电路130对所述励磁绕组143进行供电。
其中，所述飞轮电机140为感应子电机，还可以包括定子和转子。所述电枢绕组141和所述励磁绕组143均设置于所述定子，以使转子上不设置任何绕组，并且，不需要设置集电环和电刷，因而，具有结构简单、可靠性高以及维护方便等优点。
通过上述设置，可以实现：在所述电网200的供电正常时，所述开关电路110闭合，所述电网200对所述负载300供电，且所述飞轮电机140通过所述充放电电路120和所述励磁电路130将所述电网200提供的电能转换为动能以存储。在所述电网200的供电异常时，所述开关电路110断开，所述飞轮电机140将动能转换为电能通过所述充放电电路120向所述负载300供电，以保证对所述负载300供电的持续性，进而实现所述负载300持续、可靠地运行。
可选地，所述开关电路110包括的电气元件的数量和类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置。在本实施例中，结合图4，所述开关电路110可以包括双向可控硅t。
其中，所述双向可控硅t的一端作为输入端与所述电网200连接、另一端作为输出端分别与所述充放电电路120、励磁电路130以及负载300连接。在所述电网200的供电异常时，流经所述双向可控硅t的电流小于双向可控硅t的维持电流，以使所述双向可控硅t自动关断。
可选地，所述双向可控硅t的数量不受限制，可以根据所述电网200的输出端口进行设置，例如，在所述电网200输出三相交流电时，所述双向可控硅t为三个且分别与所述电网200的三个相线连接，在所述电网200输出两相交流电时，所述双向可控硅t为两个且分别与所述电网200的两个相线连接。在本实施例中，所述电网200可以输出三相交流电，所述双向可控硅t为三个。
进一步地，为保证所述电网200供电的安全可控性，在本实施例中，所述开关电路110还可以包括断路器s。其中，所述断路器s的一端与所述双向可控硅t连接、另一端与所述电网200连接，以使所述双向可控硅t和所述电网200通过所述断路器s连接。
可选地，所述断路器s的数量不受限制，可以根据所述电网200的输出端口进行设置，在所述电网200输出三相交流电时，所述断路器s为三个且分别与所述电网200的三个相线连接，在所述电网200输出两相交流电时，所述断路器s为两个且分别与所述电网200的两个相线连接。
可选地，所述充放电电路120包括的电气元件的数量和类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置。在本实施例中，所述充放电电路120可以包括第一换流单元121和第二换流单元123。
其中，所述第一换流单元121的交流端与所述开关电路110的输出端(所述双向可控硅t的一端)连接，所述第二换流单元123的直流端与所述第一换流单元121的直流端连接、交流端与所述电枢绕组141连接。
通过上述设置，可以实现：在所述电网200供电正常时，所述第一换流单元121对所述电网200输出的交流电进行整流处理，以得到直流电并输出至所述第二换流单元123，所述第二换流单元123对该直流电进行逆变处理，以得到交流电并输出至所述电枢绕组141。在所述电网200供电异常时，所述第二换流单元123对所述电枢绕组141输出的交流电进行整流处理，以得到直流电并输出至所述第一换流单元121，所述第一换流单元121对该直流电进行逆变处理，以得到交流电并输出至所述负载300。通过所述第一换流单元121和所述第二换流单元123的整流与逆变处理，可以对所述电网200提供的电能或所述飞轮电机140提供的电能进行稳定处理，保证所述飞轮电机140和所述负载300可以安全、可靠地运行。
可选地，所述第一换流单元121和所述第二换流单元123包括的电器元件的数量和类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置。在本实施例中，所述第一换流单元121和所述第二换流单元123可以分别包括6个开关器件。
可选地，上述开关器件的类型不受限制，只要具有在控制信号的控制下可以闭合或关断电路的能力即可，例如，可以包括，但不限于三极管、场效应管或晶体管等。在本实施例中，结合图5，下面以所述第一换流单元121包括第一晶体管q11、第二晶体管q12、第三晶体管q13、第四晶体管q14、第五晶体管q15以及第六晶体管q16为例进行说明。
所述第一晶体管q11的发射极与所述第二晶体管q12的集电极连接后作为所述第一换流单元121的第一交流端，所述第三晶体管q13的发射极与所述第四晶体管q14的集电极连接后作为所述第一换流单元121的第二交流端，所述第五晶体管q15的发射极与所述第六晶体管q16的集电极连接后作为所述第一换流单元121的第三交流端。所述第一晶体管q11的集电极、所述第三晶体管q13的集电极以及所述第五晶体管q15的集电极连接后作为所述第一换流单元121的第一直流端，所述第二晶体管q12的发射极、所述第四晶体管q14的发射极以及所述第六晶体管q16的发射极连接后作为所述第一换流单元121的第二直流端。
其中，所述第一晶体管q11的门极、第二晶体管q12的门极、第三晶体管q13的门极、第四晶体管q14的门极、第五晶体管q15的门极以及第六晶体管q16的门极分别与控制器件的输出端连接，以基于控制器件的控制实现闭合与关断的切换，进而将交流电转换为直流电或将直流电转换为交流电。
进一步地，在本实施例中，所述充放电电路120还可以包括第一滤波单元125，以对输入所述第一换流单元121或所述第一换流单元121输出的电能进行滤波处理。
其中，所述第一滤波单元125的一端与所述开关电路110的输出端连接、另一端与所述第一换流单元121的交流端连接，以使所述第一换流单元121的交流端与所述开关电路110的输出端通过所述第一滤波单元125连接。
可选地，所述第一滤波单元125包括的电气元件的数量和类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置。例如，在本实施例中，所述第一滤波单元125可以包括电感和电容，以组成lc电路或lcl滤波电路。在本实施例中，所述第一滤波单元125可以为lcl滤波电路且为三路，分别与所述开关电路110的三个输出端和所述第一换流单元121的三个交流端连接。
进一步地，在本实施例中，所述充放电电路120还可以包括第一储能单元127，该第一储能单元127的两端分别与所述第一换流单元121的两个直流端连接。
可选地，所述第一储能单元127包括的电气元件的数量和类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置。在本实施例中，所述第一储能单元127可以包括电容元件。
可选地，所述励磁电路130包括的电气元件的数量和类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置。在本实施例中，所述励磁电路130可以包括第三换流单元131和第四换流单元133。
其中，所述第三换流单元131的交流端与所述开关电路110的输出端连接，所述第四换流单元133的直流端与所述第三换流单元131的直流端连接、交流端与所述励磁绕组143连接。
可选地，所述第三换流单元131和所述第四换流单元133包括的电器元件的数量和类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，既可以是如所述第一换流单元121和所述第二换流单元123由开关器件组成，也可以是由非开关器件组成。在本实施例中，考虑到所述第三换流单元131只需要进行整流处理且不需要进行基于控制器件的控制进行工作，所述第三换流单元131可以包括6个二极管。考虑到所述励磁绕组143可以基于两相交流电进行工作，所述第四换流单元133可以包括4个场效应管。
其中，结合图6和图7，6个二极管可以分别是第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5以及第六二极管d6，4个场效应管可以是第一场效应管q21、第二场效应管q22、第三场效应管q23以及第四场效应管q24。
详细地，所述第一二极管d1的阳极与所述第二二极管d2的阴极连接后作为所述第一换流单元121的第三交流端，所述第三二极管d3的阳极与所述第四二极管d4的阴极连接后作为所述第三换流单元131的第二交流端，所述第五二极管d5阳极与所述第六二极管d6的阴极连接后作为所述第三换流单元131的第三交流端。所述第一二极管d1的阴极、所述第三二极管d3的阴极以及所述第五二极管d5的阴极连接后作为所述第三换流单元131的第一直流端，所述第二二极管d2的阳极、所述第四二极管d4的阳极以及所述第六二极管d6的阳极连接后作为所述第三换流单元131的第二直流端。
所述第一场效应管q21的源极与所述第二场效应管q22的漏极连接后作为所述第四换流单元133的第一交流端，所述第三场效应管q23的源极与所述第四场效应管q24的漏极连接后作为所述第四换流单元133的第二交流端。所述第一场效应管q21的漏极和所述第三场效应管q23的漏极连接后作为所述第四换流单元133的第一直流端，所述第二场效应管q22的源极和所述第四场效应管q24的源极连接后作为所述第四换流单元133的第二直流端。
通过上述电路设置，可以通过所述第三换流单元131对所述电网200输出的三相交流电进行整流处理以得到直流电，并通过所述第四换流单元133对该直流电进行逆变处理以得到两相交流电，并输出至所述励磁绕组143。
进一步地，在本实施例中，所述励磁电路130还可以包括第二储能单元135，该第二储能单元135的两端分别与所述第三换流单元131的两个直流端连接。
可选地，所述第二储能单元135包括的电气元件的数量和类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，可以是多个串联或并联的电容元件。在本实施例中，所述第二储能单元135可以包括一个电容元件。
可选地，判断所述电网200的供电是否存在异常的方式不受限制，以及对所述基于所述电网200的供电是否异常对所述充放电电路120和所述励磁电路130的控制方式不受限制。在本实施例中，结合图8，所述供电系统100还可以包括电压检测器150和控制电路160。
其中，所述电压检测器150设置于所述负载300，以检测所述负载300的电压。所述控制电路160的输入端与所述电压检测器150的输出端连接、输出端分别与所述充放电电路120的控制端和励磁电路130的控制端连接，以使所述控制电路160根据所述电压检测器150检测到的所述负载300的电压，判断所述电网200是否存在供电异常，并在存在供电异常时，对所述充放电电路120和励磁电路130进行控制，以使所述飞轮电机140输出的电能经过所述充放电电路120的转换后输出工频交流电至所述负载300。
可选地，所述控制电路160包括的电气元件的数量和类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置。在本实施例中，所述控制电路160可以包括电源、单片机、震荡单元以及复位单元。
其中，所述电源与所述单片机、震荡单元以及复位单元分别连接，以向所述单片机、震荡单元以及所述复位单元分别提供电能。并且，所述单片机与所述电压检测器150的输出端连接，以接收所述电压检测器150检测到的电压。
进一步地，为便于所述控制电路160对所述电压检测器150检测到的电压进行处理，在本实施例中，所述供电系统100还可以包括采样电路170。其中，所述采样电路170的输入端与所述电压检测器150的输出端连接、输出端与所述控制电路160的输入端连接，以使所述电压检测器150采集的电压信号经过所述采样电路170的处理后传输至所述控制电路160。
可选地，所述采样电路170包括的电气元件的数量和类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置。在本实施例中，所述采样电路170可以包括第二滤波单元171、放大处理单元173以及逻辑门处理单元175。
其中，所述第二滤波单元171的输入端与所述电压检测器150的输出端连接，所述放大处理单元173的输入端与所述第二滤波单元171的输出端连接，所述逻辑门处理单元175的输入端与所述放大处理单元173的输出端连接、输出端与所述控制电路160的输入端连接(也就是所述逻辑门处理单元175的输出端与所述控制电路160的单片机的计数器连接)。
可选地，所述第二滤波单元171包括的电气元件的数量和类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，可以根据对滤波处理的精度要求进行设置。在本实施例中，所述第二滤波单元171可以包括rc滤波器、陶瓷滤波器以及有源滤波器。
其中，所述rc滤波器的输入端与所述电压检测器150的输出端连接，所述陶瓷滤波器的输入端与所述rc滤波器的输出端连接，所述有源滤波器的输入端与所述陶瓷滤波器的输出端连接、输出端与所述放大处理单元173的输入端连接。
通过上述三种滤波组件，可以实现对所述电压检测器150检测到的电压值进行高精度的干扰滤除处理，保证所述控制电路160可以准确地判断出是否存在供电异常。
可选地，所述放大处理单元173包括的电气元件的数量和类型不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，可以是通过放大器、电阻、电容等电气元件组成的信号放大电路。
可选地，所述逻辑门处理单元175包括的电气元件的类型和数量不受限制，可以根据实际应用需求进行设置，例如，既可以是由电阻、电容、二极管以及三极管等分立元件构成，也可以是将各器件及导线制作在一半导体基片上构成。
综上所述，本发明提供的供电系统100和电力运行系统10，通过采用飞轮电机140作为备用电源，利用飞轮电机140具有的效率高、寿命长以及环境污染小的优势，可以改善现有技术中因采用化学电池而存在储能效率低、故障率高以及污染环境的问题。
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。