并联储能飞轮阵列均衡控制装置及方法
【专利摘要】并联储能飞轮阵列均衡控制装置及方法。其组成包括：储能飞轮（1）、飞轮充放电控制系统（2）、磁轴承控制系统（3）、静态转换开关（4）、储能飞轮阵列主控制器（5）、CAN总线接口卡（6）、公共直流母线（7），所述的储能飞轮（1）通过所述的飞轮充放电控制系统（2）与所述的静态转换开关（4）的输入端串联连接，所述的静态转换开关（4）的输出端跨接到所述的公共直流母线（7）。本发明用于并联储能飞轮阵列均衡控制装置。
【专利说明】
并联储能飞轮阵列均衡控制装置及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种并联储能飞轮阵列均衡控制装置及方法。
【背景技术】
[0002]储能飞轮作为一种将机电能量转换和储存装置，具有不受充放电次数限制、具有频繁大功率快速充放电和节能环保、寿命长等优点在国际上已逐步得到应用，并且将成为我国新一代节能环保、寿命长的大功率不间断电源和储能装备的首选。
[0003]目前单台储能飞轮系统由于功率和储能量的限制无法满足大型数据中心不间断电源、地铁列车制动能回收和可再生能源储能电站的应用需求，需要将储能飞轮并联构成储能飞轮阵列，实现功率和储电量的大幅度扩展和灵活配置。飞轮储能系统将能量储存在高速旋转的飞轮转子中，具有高功率密度、无环境污染、使用寿命长、运行温度范围广、充放电次数无限制等优点，已获得了广泛的应用。将多台模块化的飞轮储能单元并联起来组成飞轮阵列储能系统，是获得大容量、高功率储能的解决方案。并联储能飞轮阵列均衡控制策略是核心关键技术，对应不同的应用有不同的控制策略。现有的并联储能飞轮阵列均衡控制策略主要有等功率充放电控制策略、等转矩充放电控制策略和等时间长度充放电控制策略。现有的储能飞轮阵列普遍依据电压直流母线电压的大小来判断充电、放电运行模式，但是无法确定或预测总的吸收或释放的功率或能量，极易产生误动作。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种的并联储能飞轮阵列均衡控制装置及方法。
[0005]上述的目的通过以下的技术方案实现:
一种并联储能飞轮阵列均衡控制装置，其组成包括:储能飞轮(I)、飞轮充放电控制系统(2)、磁轴承控制系统(3)、静态转换开关(4)、储能飞轮阵列主控制器(5)、CAN总线接口卡
[6]、公共直流母线(7)，所述的储能飞轮(I)通过所述的飞轮充放电控制系统(2)与所述的静态转换开关(4)的输入端串联连接，所述的静态转换开关(4)的输出端跨接到所述的公共直流母线(7)。
所述的并联储能飞轮阵列均衡控制装置，一组所述的储能飞轮(I)、所述的飞轮充放电控制系统(2)、所述的静态转换开关(4)、所述的公共直流母线(7)构成储能飞轮阵列，所述的飞轮阵列的控制是将所述的储能飞轮阵列主控制器(5)连接到CAN总线接口卡(6)与每个储能飞轮的飞轮充放电控制系统的CAN通讯总线接口，所述的储能飞轮阵列主控制器(5)通过CAN总线接收每个储能飞轮(I)的飞轮充放电控制系统(2)和磁轴承控制系统(3)的数据和状态，并发送控制指令，控制每个储能飞轮(I)的充放电运行和转子悬浮。
[0006]所述的并联储能飞轮阵列均衡控制装置，所述的储能飞轮阵列主控制器(5)通过CAN总线接口卡(6)接收每个储能飞轮(I)的飞轮充放电控制系统(2)和磁轴承控制系统(3)的数据和状态，并发送控制指令，控制每个储能飞轮(I)的充放电运行和转子悬浮。
[0007]—种并联储能飞轮阵列均衡控制装置的方法，储能飞轮阵列主控制器(5)采用基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略实现储能飞轮阵列的协调控制，控制系统的算法为:由储能飞轮阵列主控制器(5)检测公共直流母线(7)电压和每个储能飞轮(I)的当前电量，当公共直流母线(7)电压高于期望值10%以上时，飞轮阵列主控制器(5)依据基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略确定每台储能飞轮(I)的充电功率和充电持续时间，当公共直流母线(7)电压低于期望值10%以上时，飞轮阵列主控制器(5)依据基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略确定每台储能飞轮(I)的放电功率和放电持续时间，储能飞轮阵列主控制器(5)通过CAN总线接口卡(6)向每个储能飞轮(I)的飞轮充放电控制系统
(2)发送指令，同时通过CAN总线接口卡(6)向每个储能飞轮(I)的静态转换开关(4)发送闭合指令，储能飞轮(I)进入充电运行状态，并按照效率最优的电压微分电压积均衡控制策略进行充放电运行。
[0008]有益效果:
1.本发明克服了现有储能飞轮阵列充放电控制方法均采用等功率、等转矩或等时间长度充放电控制策略，依据电压直流母线电压的大小来判断充电、放电运行模式，无法确定或预测总的吸收或释放的功率，极易产生误动作的问题，提供了基于电压微分电压积为判据的并联储能飞轮阵列均衡控制装置及方法。
[0009]2.本发明采用基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略，与储能飞轮阵列控制策略相比具有依据电压直流母线电压的大小来判断充电、放电运行模式，根据电压微分电压积均衡控制策略来确定或预测总的吸收或释放的功率或能量的特点。
[0010]3.本发明实现了储能飞轮阵列的均衡协调控制，以飞轮阵列的公共直流母线电压和电压变化率为充放电总能量为判断依据，使储能飞轮阵列能够按照能够储存的总电量和当前电量进行系统级的调度和管理，既实现了系统级的最高效率充放电，又兼顾了每台飞轮充放电能力的最大发挥。
[0011]【附图说明】:
附图1是本发明的结构框图。
[0012]【具体实施方式】:
实施例1:
一种并联储能飞轮阵列均衡控制装置，其组成包括:储能飞轮1、飞轮充放电控制系统
2、磁轴承控制系统3、静态转换开关4、储能飞轮阵列主控制器5、CAN总线接口卡6、公共直流母线7，所述的储能飞轮I通过所述的飞轮充放电控制系统2与所述的静态转换开关4的输入端串联连接，所述的静态转换开关4的输出端跨接到所述的公共直流母线7。
一方面飞轮阵列主控制器CAN总线接口卡与每台储能飞轮进行通讯，采用基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略实现储能飞轮阵列的协调控制；另一方面每台储能飞轮连接到飞轮充放电控制系统，并通过静态转换开关与公共直流母线连接构成飞轮阵列。
[0013]实施例2:
实施例1所述的并联储能飞轮阵列均衡控制装置，一组所述的储能飞轮1、所述的飞轮充放电控制系统2、所述的静态转换开关4、所述的公共直流母线7构成储能飞轮阵列，所述的飞轮阵列的控制是将所述的储能飞轮阵列主控制器5连接到CAN总线接口卡6与每个储能飞轮的飞轮充放电控制系统的CAN通讯总线接口，所述的储能飞轮阵列主控制器5通过CAN总线接收每个储能飞轮I的飞轮充放电控制系统2和磁轴承控制系统3的数据和状态，并发送控制指令，控制每个储能飞轮I的充放电运行和转子悬浮。
[0014]对多个储能飞轮构成的储能飞轮阵列系统进行充放电的主动控制与储能飞轮转子的悬浮控制，特别适用于大功率储能飞轮不间断电源、微电网储能、地铁列车制动能回收等场合。
[0015]实施例3:
实施例2所述的并联储能飞轮阵列均衡控制装置，所述的储能飞轮阵列主控制器5通过CAN总线接口卡6接收每个储能飞轮I的飞轮充放电控制系统2和磁轴承控制系统3的数据和状态，并发送控制指令，控制每个储能飞轮I的充放电运行和转子悬浮。
[0016]实施例4:
一种并联储能飞轮阵列均衡控制装置的方法，储能飞轮阵列主控制器5采用基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略实现储能飞轮阵列的协调控制，控制系统的算法为:由储能飞轮阵列主控制器5检测公共直流母线7电压和每个储能飞轮I的当前电量，当公共直流母线7电压高于期望值10%以上时，飞轮阵列主控制器5依据基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略确定每台储能飞轮I的充电功率和充电持续时间，当公共直流母线7电压低于期望值10%以上时，飞轮阵列主控制器5依据基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略确定每台储能飞轮I的放电功率和放电持续时间，储能飞轮阵列主控制器5通过CAN总线接口卡6向每个储能飞轮I的飞轮充放电控制系统2发送指令，同时通过CAN总线接口卡6向每个储能飞轮I的静态转换开关4发送闭合指令，储能飞轮I进入充电运行状态，并按照效率最优的电压微分电压积均衡控制策略进行充放电运行。
[0017]实施例5:
上述实施例所述的并联储能飞轮阵列均衡控制装置的方法，飞轮阵列的充放电运行模式主要取决于直流母线的电压和电压的变化率，通过监测网压确定飞轮需要运行在充电模式或放电模式活保持模式，通过电压等级和电压变化率两个指标综合确定需要吸收的或释放的总功率，当确定总的功率后，基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略，向阵列中的各个储能飞轮分配充电功率或放电功率；
I=CdUdc/dt
I为供电系统输出的总的电流;C为等效电容，基本恒定，有时有微小变化;Udc为直流母线电压，dUdc/dt为电压变化率;t为母线电压采样周期。
[0018]E=PT=UdcIT=CUdc(dUdc/dt)T
E是需要飞轮阵列吸收或释放的能量;T是充电或放电的持续时间，P为充电功率或放电功率，因此，直流母线电压和直流母线电压的变化率就决定了飞轮阵列需要吸收或释放的总的能量。
[0019]系统按照效率最优的电压微分电压积均衡控制策略，运行则有 P=UdcI=CUdc(dUdc/dt)
等效电容由大量数据拟合计算获得或由系统辨识方法获得，由此可知，充放电功率由直流母线电压和电压变化率共同确定。
[0020]实施例6:
上述实施例所述的并联储能飞轮阵列均衡控制装置的方法，如附图1所示，本发明包括储能飞轮1、飞轮充放电控制系统2、磁轴承控制系统3、静态转换开关4、储能飞轮阵列主控制器5、CAN总线接口卡6和公共直流母线7;储能飞轮I通过飞轮充放电控制系统2与静态转换开关4的输入端串联连接，静态转换开关4的输出端跨接到公共直流母线7，多个储能飞轮以同样方式与连接到公共直流母线7构成储能飞轮阵列，飞轮阵列的控制是将储能飞轮阵列主控制器5连接到CAN总线接口卡6与每个飞轮的充放电控制系统的CAN通讯总线接口，储能飞轮阵列主控制器5通过CAN总线接收每个储能飞轮I的飞轮充放电控制系统2和磁轴承控制系统3的数据和状态，并发送控制指令，控制每个储能飞轮I的充放电运行和转子悬浮。储能飞轮阵列主控制器5通过CAN总线接口卡6接收每个储能飞轮I的飞轮充放电控制系统2和磁轴承控制系统3的数据和状态，并发送控制指令，控制每个储能飞轮I的充放电运行和转子悬浮。储能飞轮阵列主控制器5采用基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略实现储能飞轮阵列的协调控制，控制系统的算法流程为:由储能飞轮阵列主控制器5检测公共直流母线7电压和每个储能飞轮I的当前电量，当公共直流母线7电压高于期望值10%以上时，飞轮阵列主控制器5依据基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略确定每台储能飞轮I的充电功率和充电持续时间，当公共直流母线7电压低于期望值10%以上时，飞轮阵列主控制器5依据基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略确定每台储能飞轮I的放电功率和放电持续时间，储能飞轮阵列主控制器5通过CAN总线接口卡6向每个储能飞轮I的飞轮充放电控制系统2发送指令，同时通过CAN总线接口卡6向每个储能飞轮I的静态转换开关4发送闭合指令，储能飞轮I进入充电运行状态，并按照基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略进行充放电运行。
【主权项】
1.一种并联储能飞轮阵列均衡控制装置，其组成包括:储能飞轮(I)、飞轮充放电控制系统(2)、磁轴承控制系统(3)、静态转换开关(4)、储能飞轮阵列主控制器(5)、CAN总线接口卡(6)、公共直流母线(7)，其特征是:所述的储能飞轮(I)通过所述的飞轮充放电控制系统(2)与所述的静态转换开关(4)的输入端串联连接，所述的静态转换开关(4)的输出端跨接到所述的公共直流母线(7)。2.根据权利要求1所述的并联储能飞轮阵列均衡控制装置，其特征是:一组所述的储能飞轮(1)、所述的飞轮充放电控制系统(2)、所述的静态转换开关(4)、所述的公共直流母线(7)构成储能飞轮阵列，所述的飞轮阵列的控制是将所述的储能飞轮阵列主控制器(5)连接到CAN总线接口卡(6 )与每个储能飞轮的飞轮充放电控制系统的CAN通讯总线接口，所述的储能飞轮阵列主控制器(5)通过CAN总线接收每个储能飞轮(I)的飞轮充放电控制系统(2)和磁轴承控制系统(3)的数据和状态，并发送控制指令，控制每个储能飞轮(I)的充放电运行和转子悬浮。3.根据权利要求2所述的并联储能飞轮阵列均衡控制装置，其特征是:所述的储能飞轮阵列主控制器(5)通过CAN总线接口卡(6)接收每个储能飞轮(I)的飞轮充放电控制系统(2)和磁轴承控制系统(3)的数据和状态，并发送控制指令，控制每个储能飞轮(I)的充放电运行和转子悬浮。4.一种并联储能飞轮阵列均衡控制装置的方法，其特征是:储能飞轮阵列主控制器(5)采用基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略实现储能飞轮阵列的协调控制，控制系统的算法为:由储能飞轮阵列主控制器(5)检测公共直流母线(7)电压和每个储能飞轮(I)的当前电量，当公共直流母线(7)电压高于期望值10%以上时，飞轮阵列主控制器(5)依据基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略确定每台储能飞轮(I)的充电功率和充电持续时间，当公共直流母线(7)电压低于期望值10%以上时，飞轮阵列主控制器(5)依据基于效率最优的电压微分电压积均衡控制策略确定每台储能飞轮(I)的放电功率和放电持续时间，储能飞轮阵列主控制器(5)通过CAN总线接口卡(6)向每个储能飞轮(I)的飞轮充放电控制系统(2)发送指令，同时通过CAN总线接口卡(6)向每个储能飞轮(I)的静态转换开关(4)发送闭合指令，储能飞轮(I)进入充电运行状态，并按照效率最优的电压微分电压积均衡控制策略进行充放电运行。
【文档编号】H02J7/00GK105846511SQ201610350783
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】王志强, 李树胜, 田希晖, 李光军, 汪大春
【申请人】北京泓慧国际能源技术发展有限公司