一种后备式飞轮储能UPS的控制方法及系统与流程

本发明涉及供电技术领域，特别涉及一种后备式飞轮储能ups的控制方法及系统。

背景技术：

传统ups系统多采用蓄电池作为储能单元，具有储能密度大的优点，这使其能够为负载提供较长时间的电力供应，但其缺点在于占地面积大、故障率高、环境不友好等多方面，这限制了蓄电池储能ups的发展。飞轮储能ups系统将电能存储为机械能，具有高效率存储、快速充放电和环境友好等优点，特别适用于电网断电频繁的场所。

飞轮储能ups系统的工作方式分为在线双变换式、在线互动式和后备式三种。一种磁悬浮飞轮储能ups系统集成应用方法，该系统属于在线双变换式ups，电网市电经过ac/dc变换和dc/ac变换后再为负载供电，飞轮电池输出电压与双变换器的母线并联。这种方式能够为负载提供较高的供电质量，但是设备结构复杂、成本高，而且系统效率较低，一般不超过90％。在线互动式ups系统也存在相同的问题。相比而言，后备式ups系统所使用设备使用最少，供电效率高，可以达到95％以上，但是由于控制方法和采用设备的限制，其响应较慢，在电网断电后，不能迅速地为负载供电，导致供电质量不如在线式ups高。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种后备式飞轮储能ups的控制方法，该方法使用设备少，安装使用门槛低，效率高、响应快，并且输出电压质量高。

本发明的另一个目的在于提出一种后备式飞轮储能ups的控制系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种后备式飞轮储能ups的控制方法，包括：s1，检测电网市电是否正常；s2，若检测所述电网市电正常，则控制第一可控硅开关闭合且第二可控硅开关断开，以使所述电网市电为电力负载和飞轮ups装置供电；s3，若所述电网市电故障，则控制所述第一可控硅开关断开且所述第二可控硅开关断开，以使所述飞轮ups装置为所述电力负载供电，以及实时检测所述电网市电是否恢复正常，若检测到所述电网市电恢复正常，则执行s1，若检测到所述电网市电未恢复正常，则所述飞轮ups装置继续为所述电力负载供电；s4，判断所述飞轮ups装置为所述电力负载供电的供电时间是否等于预设时间，若等于则执行s5，若不等于则继续执行s3；s5，控制所述第一可控硅开关断开且所述第二可控硅开关闭合，控制柴电机组为所述电力负载和所述飞轮ups装置供电，以及实时检测所述电网市电是否恢复正常，若恢复正常，则执行s1，若检测到所述电网市电未恢复正常，则所述柴电机组继续为所述电力负载和所述飞轮ups装置供电。

本发明实施例的一种后备式飞轮储能ups的控制方法，通过后备式的工作方式使飞轮ups装置在电网市电断电后迅速的为负载供电，在飞轮ups装置放电到达一定时间后启用柴电机组为负载供电，同时为飞轮ups装置充电，该方法所用设备较少，安装和使用门槛低，效率高、响应快，并且输出电压质量高，为负载提供快速、不间断、高质量的电力供应。

另外，根据本发明上述实施例的一种后备式飞轮储能ups的控制方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述飞轮ups装置包括飞轮本体和双向变流器，所述双向变流器由机侧变流器和网侧变流器组成，所述机侧变流器和所述网侧变流器通过直流母线相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述飞轮ups装置的工作状态包括充电控制状态和放电控制状态，其中，所述充电控制状态包括恒转矩升速控制、恒功率升速控制和直流母线稳压控制，所述放电控制状态包括输出电压比例谐振控制和直流母线稳压控制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述电网市电或所述柴电机组为所述飞轮ups装置充电时，所述飞轮ups装置为所述充电控制状态；所述飞轮ups装置的所述充电控制状态的工作方式为：所述网侧变流器设置电压环和电流环，控制所述直流母线电压为额定电压；所述机侧变流器设置转速环和电流环，控制所述飞轮本体升速，判断所述飞轮本体的当前转速，若所述转速低于最低工作转速，则承载所述飞轮本体的电机以恒转矩方式升速，若所述转速高于最低工作转速，则承载所述飞轮本体的电机以恒功率方式升速，若所述转速等于额定转速，所述飞轮ups装置保持浮充状态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述飞轮ups装置为所述电力负载供电时，所述飞轮ups装置为所述放电控制状态；所述飞轮ups装置的所述放电控制状态的工作方式为：所述网侧变流器设置电压环；所述机侧变流器设置电压环和电流环，控制所述直流母线电压保持为额定电压。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种后备式飞轮储能ups系统，包括：电网市电通过第一电抗器、第一可控硅开关与电力负载连接，飞轮ups装置通过lc滤波器、断路器与所述电力负载连接，柴电机组通过第二电抗器、第二可控硅开关与所述电力负载连接；

在所述电网市电正常时，所述第一可控硅开关闭合且所述第二可控硅开关断开，所述电网市电为所述电力负载和所述飞轮ups装置供电；在所述电网市电故障时，所述第一可控硅开关断开且所述第二可控硅开关断开，所述飞轮ups装置在预设放电时间内为所述电力负载供电；在所述电网市电故障，所述飞轮ups装置达到所述预设放电时间时，所述第一可控硅开关断开且所述第二可控硅开关闭合，所述柴电机组为所述电力负载和所述飞轮ups装置供电

本发明实施例的一种后备式飞轮储能ups系统，通过后备式的工作方式使飞轮ups装置在电网市电断电后迅速的为负载供电，在飞轮ups装置放电到达一定时间后启用柴电机组为负载供电，同时为飞轮ups装置充电，该系统所用设备较少，安装和使用门槛低，效率高、响应快，并且输出电压质量高，为负载提供快速、不间断、高质量的电力供应。

另外，根据本发明上述实施例的一种后备式飞轮储能ups系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述飞轮ups装置或所述柴电机组为所述负载供电时，实时检测所述电网市电是否恢复正常，若恢复正常，则所述电网市电为所述电力负载和所述飞轮ups装置供电。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述飞轮ups装置包括飞轮本体和双向变流器，所述双向变流器由机侧变流器和网侧变流器组成，所述机侧变流器和所述网侧变流器通过直流母线相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述电网市电或所述柴电机组为所述飞轮ups装置充电时，所述飞轮ups装置为所述充电控制状态，所述充电控制状态包括恒转矩升速控制、恒功率升速控制和直流母线稳压控制；

所述飞轮ups装置的所述充电控制状态的工作方式：所述网侧变流器设置电压环和电流环，控制所述直流母线电压为额定电压；所述机侧变流器设置转速环和电流环，控制所述飞轮本体升速，判断所述飞轮本体的当前转速，若所述转速低于最低工作转速，则承载所述飞轮本体的电机以恒转矩方式升速，若所述转速高于最低工作转速，则承载所述飞轮本体的电机以恒功率方式升速，若所述转速等于额定转速，所述飞轮ups装置保持浮充状态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述飞轮ups装置为所述电力负载供电时，所述飞轮ups装置为所述放电控制状态，所述放电控制状态包括输出电压比例谐振控制和直流母线稳压控制；

所述飞轮ups装置的所述放电控制状态的工作方式为：所述网侧变流器设置电压环；所述机侧变流器设置电压环和电流环，控制所述直流母线电压保持为额定电压。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的一种后备式飞轮储能ups的控制方法流程图；

图2为根据本发明一个实施例的一种后备式飞轮储能ups的控制方法流程框图；

图3为根据本发明一个实施例的一种后备式飞轮储能ups的控制方法的结构框图；

图4为根据本发明一个实施例的飞轮ups装置结构示意图；

图5为根据本发明一个实施例的一种后备式飞轮储能ups的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种后备式飞轮储能ups的控制方法及系统，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的一种后备式飞轮储能ups的控制方法。

图1为根据本发明一个实施例的一种后备式飞轮储能ups的控制方法流程图。

如图1所示，该后备式飞轮储能ups的控制方法包括以下步骤：

s1，检测电网市电是否正常。

进一步地，该控制方法的具体流程如图2所示，系统启动后，首先完成自检，然后开始运行，检测电网市电是否正常。

s2，若检测电网市电正常，则控制第一可控硅开关闭合且第二可控硅开关断开，以使电网市电为电力负载和飞轮ups装置供电。

如图3所示，为根据本发明一个实施例的后备式飞轮储能ups的控制方法的结构图，若检测到市电正常，第一可控硅开关s1保持闭合，第二可控硅开关s2断开，电网市电直接为负载供电，同时为飞轮ups装置充电。

进一步地，在本发明的一个实施例中，飞轮ups装置的工作状态包括充电控制状态和放电控制状态，其中，充电控制状态包括恒转矩升速控制、恒功率升速控制和直流母线稳压控制，放电控制状态包括输出电压比例谐振控制和直流母线稳压控制。

可以理解的是，在飞轮ups装置充电时，为飞轮ups装置的充电控制状态。

进一步地，如图4所示，飞轮ups装置包括飞轮本体和双向变流器，双向变流器由机侧变流器和网侧变流器组成，机侧变流器和网侧变流器通过直流母线相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，飞轮ups装置的充电控制状态的工作方式为：网侧变流器设置电压环和电流环，控制直流母线电压为额定电压；机侧变流器设置转速环和电流环，控制飞轮本体升速，判断飞轮本体的当前转速，若转速低于最低工作转速，其中，最低工作转速可以为0.5n，n为额定转速，则承载飞轮本体的电机以恒转矩方式升速，若转速高于最低工作转速，则承载飞轮本体的电机以恒功率方式升速，若转速等于额定转速，飞轮ups装置保持浮充状态。

进一步地，飞轮ups系统工作方式为后备式，而非在线式或在线交互式。

s3，若电网市电故障，则控制第一可控硅开关断开且第二可控硅开关断开，以使飞轮ups装置为电力负载供电，以及实时检测电网市电是否恢复正常，若检测到电网市电恢复正常，则执行s1，若检测到电网市电未恢复正常，则飞轮ups装置继续为电力负载供电。

进一步地，在电网市电发生故障时，电压发生跌落且低于限值，控制第一可控硅开关断开且第二可控硅开关断开，启动飞轮ups装置为电力负载供电，并断开电网市电与电力负载的连接，在飞轮ups装置为电力负载供电的同时系统会实时检测电网市电是否恢复正常，如果电网市电恢复正常，则执行步骤s1的操作，电网市电为负载供电，同时为飞轮ups装置充电，如果电网市电没有恢复正常，则飞轮ups装置继续为电力负载供电。

可以理解的是，飞轮ups装置充电时，飞轮ups装置为电力负载供电时，为放电控制状态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，飞轮ups装置的放电控制状态的工作方式为：网侧变流器设置电压环；机侧变流器设置电压环和电流环，控制直流母线电压保持为额定电压。网侧电压环利用比例谐振pr控制方法，在市电跌落时刻电压相角的基础上，输出380vac电压，为负载提供高质量电源。

s4，判断飞轮ups装置为电力负载供电的供电时间是否等于预设时间，若等于则执行s5，若不等于则继续执行s3；

在电网市电没有恢复正常时，飞轮ups装置为电力负载供电的过程中为飞轮ups装置的放电过程，飞轮ups装置存在放电时限t，即上述的预设时间，在t期间内持续检测电网市电电压是否恢复，即步骤s3的过程，若飞轮ups装置的放电时间达到t时电网市电一直没有恢复，则飞轮ups装置停止为电力负载供电。

进一步地，在本发明的实施例中，包括轮ups装置的充电控制、放电控制以及输出电压控制。

s5，控制第一可控硅开关断开且第二可控硅开关闭合，控制柴电机组为电力负载和飞轮ups装置供电，以及实时检测电网市电是否恢复正常，若恢复正常，则执行s1，若检测到电网市电未恢复正常，则柴电机组继续为电力负载和飞轮ups装置供电。

具体地，在飞轮ups装置达到预设的放电时间电网市电没有恢复正常时，通过控制第一可控硅开关断开和第二可控硅开关闭合，启动柴电机组为电力负载和飞轮ups装置供电，在柴电机组供电过程中，实时检测电网市电是否恢复正常，如果电网市电恢复正常，则进行步骤s1的操作，启动电网市电为电力负载和飞轮ups装置供电，如果电网市电没有恢复正常，则柴电机组一直为电力负载和飞轮ups装置供电，直至电网市电恢复正常。

根据本发明实施例提出的一种后备式飞轮储能ups的控制方法，通过后备式的工作方式使飞轮ups装置在电网市电断电后迅速的为负载供电，在飞轮ups装置放电到达一定时间后启用柴电机组为负载供电，同时为飞轮ups装置充电，该方法所用设备较少，安装和使用门槛低，效率高、响应快，并且输出电压质量高，为负载提供快速、不间断、高质量的电力供应。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的一种后备式飞轮储能ups的控制系统。

图5为根据本发明一个实施例的一种后备式飞轮储能ups的控制系统的结构示意图。

如图5所示，该后备式飞轮储能ups的控制系统20包括：飞轮ups装置(1)、lc滤波器(2)、电网市电(3)、第一电抗器(4)、第一可控硅开关s1(5)、柴电机组(6)、第二电抗器(7)、第二可控硅开关s2(8)、断路器(9)和电力负载(10)。

其中，电网市电通过第一电抗器、第一可控硅开关与电力负载连接，飞轮ups装置通过lc滤波器、断路器与电力负载连接，柴电机组通过第二电抗器、第二可控硅开关与电力负载连接。该系统20使用设备少，安装使用门槛低，效率高、响应快，并且输出电压质量高。

在电网市电正常时，第一可控硅开关闭合且第二可控硅开关断开，电网市电为电力负载和飞轮ups装置供电；在电网市电故障时，第一可控硅开关断开且第二可控硅开关断开，飞轮ups装置在预设放电时间内为电力负载供电；在电网市电故障，飞轮ups装置达到预设放电时间时，第一可控硅开关断开且第二可控硅开关闭合，柴电机组为电力负载和飞轮ups装置供电。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在飞轮ups装置或柴电机组为负载供电时，实时检测电网市电是否恢复正常，若恢复正常，则电网市电为电力负载和飞轮ups装置供电。

进一步地，在本发明的一个实施例中，飞轮ups装置1包括飞轮本体101和双向变流器，双向变流器由机侧变流器102和网侧变流器103组成，机侧变流器102和网侧变流器103通过直流母线相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在电网市电或柴电机组为飞轮ups装置充电时，飞轮ups装置为充电控制状态，充电控制状态包括恒转矩升速控制、恒功率升速控制和直流母线稳压控制；

其中，飞轮ups装置的充电控制状态的工作方式：网侧变流器设置电压环和电流环，控制直流母线电压为额定电压；机侧变流器设置转速环和电流环，控制飞轮本体升速，判断飞轮本体的当前转速，若转速低于最低工作转速，则承载飞轮本体的电机以恒转矩方式升速，若转速高于最低工作转速，则承载飞轮本体的电机以恒功率方式升速，若转速等于额定转速，飞轮ups装置保持浮充状态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在飞轮ups装置为电力负载供电时，飞轮ups装置为放电控制状态，放电控制状态包括输出电压比例谐振控制和直流母线稳压控制；

其中，飞轮ups装置的放电控制状态的工作方式为：网侧变流器设置电压环；机侧变流器设置电压环和电流环，控制直流母线电压保持为额定电压。

需要说明的是，前述对一种后备式飞轮储能ups控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的后备式飞轮储能ups系统，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的后备式飞轮储能ups系统，通过后备式的工作方式使飞轮ups装置在电网市电断电后迅速的为负载供电，在飞轮ups装置放电到达一定时间后启用柴电机组为负载供电，同时为飞轮ups装置充电，该系统所用设备较少，安装和使用门槛低，效率高、响应快，并且输出电压质量高，为负载提供快速、不间断、高质量的电力供应。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。