飞轮储能模组及多飞轮储能模组并联的长时储能系统

摘要

本发明公开了一种飞轮储能模组及多飞轮储能模组并联的长时储能系统，该飞轮储能模组包括：主充放电组件，设置有驱动装置以及伸缩装置；所述驱动装置包括主双向电机以及主传动件，所述主双向电机与所述主传动件连接；在所述伸缩装置的带动下，所述驱动装置具有在竖直方向上移动的工作状态；多个次充放电组件，设置在所述主充放电组件的周边。可以根据实际储能情况，设置合适数量的次充放电组件，调整与主充放电组件对接的次充放电组件接续发电，明显提升飞轮储能模组的储能容量，延长飞轮储能模组的放电时间。同时，能够根据储能的实际需求，灵活并联多个储能模组，通过总控制器灵活调整充放电容量满足电网及用户侧用能需求。

说明书

技术领域

本发明涉及飞轮储能技术领域，具体涉及一种飞轮储能模组及多飞轮储能模组并联的长时储能系统。

背景技术

飞轮储能模块是一种机电能量转换的储能装置，突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。通过电动/发电互逆式双向电机，将电能与高速运转飞轮的机械动能之间进行相互转换与储存，并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。

在储能时，电能通过电力转换器变换后驱动双向电机运行，双向电机带动飞轮加速转动，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中。之后，双向电机维持一个恒定的转速，直到接收到一个能量释放的控制信号；释能时，高速旋转的飞轮拖动双向电机进行发电，经电力转换器输出适用于负载的电流与电压，完成机械能到电能转换的释放能量过程。整个飞轮储能模组实现了电能的输入、储存和输出过程。

但是，目前使用的飞轮储能模块的储能容量及放电时间较短，且飞轮储能模块的规模较为固定，难以应对储能的发展需求。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中存在的单个飞轮储能模块的储能容量及放电时间较短，且飞轮储能模块的规模较为固定的问题，从而提供一种飞轮储能模组及多飞轮储能模组并联的长时储能系统。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种飞轮储能模组，所述飞轮储能模组包括：主充放电组件，设置有驱动装置以及伸缩装置，驱动装置设置在伸缩装置上；所述驱动装置包括主双向电机以及主传动件，所述主双向电机与所述主传动件连接；在所述伸缩装置的带动下，所述驱动装置具有在竖直方向上移动的工作状态；多个次充放电组件，设置在所述主充放电组件的周边；所述次充放电组件设置有飞轮储能装置以及次传动件，所述飞轮储能装置中的飞轮具有与所述次传动件连接的传动状态以及与所述次传动件断开连接的分离状态；所述次传动件适于与所述主传动件配合工作；沿竖直方向，每个次充放电组件的次传动件处于不同的高度。

可选地，所述主充放电组件中设置有飞轮储能装置，所述飞轮储能装置与所述驱动装置之间具有相互连接和相互分离的工作状态。

可选地，所述伸缩装置为步进电机或丝杠电机。

可选地，所述主传动件与所述次传动件为相互啮合的齿轮结构。

可选地，所述主充放电组件上设置有分动控制器，所述分动控制器同时与所述驱动装置、伸缩装置、飞轮储能装置以及次传动件通信连接。

可选地，所述分动控制器用于控制伸缩装置的定位、所述主传动件与所述次传动件的连接、以及所述飞轮储能装置与所述次传动件的连接。

本发明实施例还提供了一种多飞轮储能模组并联的长时储能系统，该长时储能系统包括：多个相互并联的如上述任一实施例所述的飞轮储能模组；逆变器，所述逆变器的第一端与所述飞轮储能模组中所述主充放电组件的所述主双向电机电连接，所述逆变器的第二端与公共直流母线连接；总控制器，与所述公共直流母线连接。

可选地，该长时储能系统还包括：EMS能量管理系统，与所述总控制器通信连接。

可选地，所述总控制器适于与用户负载及直流电网连接，所述EMS能量管理系统用于根据用户负载的负荷及直流电网的整体电网需求，实时传输控制信号至总控制器，控制多个相互并联的所述飞轮储能模组充放电。

本发明技术方案与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明实施例提供了一种飞轮储能模组，该飞轮储能模组包括：主充放电组件，设置有驱动装置以及伸缩装置，驱动装置设置在伸缩装置上；所述驱动装置包括主双向电机以及主传动件，所述主双向电机与所述主传动件连接；在所述伸缩装置的带动下，所述驱动装置具有在竖直方向上移动的工作状态；多个次充放电组件，设置在所述主充放电组件的周边；所述次充放电组件设置有飞轮储能装置以及次传动件，所述飞轮储能装置中的飞轮具有与所述次传动件连接的传动状态以及与所述次传动件断开连接的分离状态；所述次传动件适于与所述主传动件配合工作；沿竖直方向，每个次充放电组件的次传动件处于不同的高度。

如此设置，可以根据实际储能情况，设置合适数量的次充放电组件，调整与主充放电组件对接的次充放电组件接续发电，在储能时，当主充放电组件与第一个次充放电组件对接，对第一个次充放电组件完成储能之后，主充放电组件控制伸缩装置带动驱动装置进行移动，使得驱动装置中的主传动组件与第二个次充放电组件的次传动组件对接，从而主充放电组件对第二个次充放电组件进行储能。在完成多个次充放电组件储能之后，能够明显提升飞轮储能模组的储能容量。并且，在放电时，可以将主充放电组件依次与多个次充放电组件进行对接，从而能够延长飞轮储能模组的放电时间。同时，能够根据储能的实际需求，灵活并联多个飞轮储能模组，通过总控制器灵活调整充放电容量满足电网及用户侧用能需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通工人来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例飞轮储能模组在第一方向的整体结构示意图；

图2为本发明实施例飞轮储能模组在第二方向的整体结构示意图；

图3为本发明实施例飞轮储能模组的立体示意图；

图4为本发明实施例飞轮储能模组的并联控制图。

图5为本发明实施例系统图。

附图标记：

1、飞轮储能模组；2、主双向电机；3、飞轮储能装置；4、主传动件；5、次传动件；6、伸缩装置；7、主充放电组件；8、分动控制器；9、逆变器；10、总控制器；11、EMS能量管理系统；12、长时储能系统；13、次充放电组件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通工人在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通工人而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

飞轮储能模块是一种机电能量转换的储能装置，突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。通过电动/发电互逆式双向电机，将电能与高速运转飞轮的机械动能之间进行相互转换与储存，并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。在储能时，电能通过电力转换器变换后驱动双向电机运行，双向电机带动飞轮加速转动，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中。之后，双向电机维持一个恒定的转速，直到接收到一个能量释放的控制信号；释能时，高速旋转的飞轮拖动双向电机进行发电，经电力转换器输出适用于负载的电流与电压，完成机械能到电能转换的释放能量过程。整个飞轮储能模组实现了电能的输入、储存和输出过程。但是，目前使用的飞轮储能模块的储能容量及放电时间较短，且飞轮储能模块的规模较为固定，难以应对储能的发展需求。

因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中存在的飞轮储能模块的储能容量及放电时间较短，且飞轮储能模块的规模较为固定的问题，从而提供一种飞轮储能模组及多飞轮储能模组并联的长时储能系统。

实施例1

如图1至图5所示，本发明实施例提供了一种飞轮储能模组，该飞轮储能模组1包括主充放电组件7以及多个次充放电组件13。

具体地，在本发明实施例中，主充放电组件7设置有驱动装置以及伸缩装置6，驱动装置设置在伸缩装置6上。进一步地，所述驱动装置包括主双向电机2以及主传动件4，所述主双向电机2与所述主传动件4连接。在所述伸缩装置6的带动下，所述驱动装置具有在竖直方向上移动的工作状态。并且，多个次充放电组件13设置在所述主充放电组件7的周边，所述次充放电组件13设置有飞轮储能装置3以及次传动件5，所述飞轮储能装置3中的飞轮具有与所述次传动件5连接的传动状态以及与所述次传动件5断开连接的分离状态，所述次传动件5适于与所述主传动件4配合工作。沿竖直方向，每个次充放电组件13的次传动件5处于不同的高度。

在实际工作过程中，技术人员可以根据实际储能情况，设置合适数量的次充放电组件13，调整与主充放电组件7对接的次充放电组件13接续发电。例如，在储能时，控制主充放电组件7中的伸缩装置6在竖直方向上进行移动，从而带动驱动装置在竖直方向上进行移动。当驱动装置中的主传动件4与次充放电组件13中的次传动件5对接时，此时主充放电组件7与第一个次充放电组件13完成对接。于是可以将驱动装置中的主双向电机2产生的电能转换为次充放电组件13中高速运转飞轮的机械动能进行储存。对第一个次充放电组件13完成储能之后，主充放电组件7控制伸缩装置6带动驱动装置再次进行移动，使得驱动装置中的主传动组件与第二个次充放电组件13的次传动组件对接，从而主充放电组件7对第二个次充放电组件13进行储能。在完成多个次充放电组件13储能之后，相较于现有技术中仅仅设置单个飞轮储能装置3而言，能够明显提升飞轮储能模组1整体的储能容量。

同样地，在放电时，控制主充放电组件7中的伸缩装置6在竖直方向上进行移动，从而带动驱动装置在竖直方向上进行移动。当驱动装置中的主传动件4与次充放电组件13中的次传动件5对接时，此时主充放电组件7与第一个次充放电组件13完成对接。第一个次充放电组件13中高速旋转的飞轮拖动主充放电组件7中的主双向电机2进行发电，于是可以将第一个次充放电组件13中储存的机械动能转换为电能向外输出。对第一个次充放电组件13完成放电之后，主充放电组件7控制伸缩装置6带动驱动装置再次进行移动，使得驱动装置中的主传动组件与第二个次充放电组件13的次传动组件对接，从而第二个次充放电组件13对主充放电组件7进行放电。如此，可以将主充放电组件7依次与多个次充放电组件13进行对接，从而能够延长飞轮储能模组1的放电时间。

进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述主充放电组件7中设置有飞轮储能装置3，所述飞轮储能装置3与所述驱动装置之间具有相互连接和相互分离的工作状态。如此设置，可以进一步在主充放电组件7中实现电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存，从而进一步延长飞轮储能模组1的放电时间，进一步提升飞轮储能模组1整体的储能容量。

进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述伸缩装置6为步进电机或丝杠电机。当然，本实施例仅仅是对伸缩装置6的类型进行举例说明，但是并不对此进行限制，本领域技术人员可以根据实际情况对伸缩装置6的类型进行改变，能够实现相同的技术效果即可。

进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述主传动件4与所述次传动件5为相互啮合的齿轮结构，例如，齿轮结构可以是分动式行星齿轮结构。所述分动式行星齿轮结构的纵向间距为300mm～600mm，依次间隔排列。相邻所述次充放电组件13的横向间距为300～600mm，横向阵列排布。

同样地，本实施例也仅仅是对主传动件4与次传动件5的类型进行举例说明，但是并不对此进行限制，本领域技术人员可以根据实际情况对主传动件4与次传动件5的类型进行改变，能够实现相同的技术效果即可。

进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述主充放电组件7上设置有分动控制器8，所述分动控制器8同时与所述驱动装置、伸缩装置6、飞轮储能装置3以及次传动件5通信连接。具体地，所述分动控制器8用于控制伸缩装置6的定位、所述主传动件4与所述次传动件5的连接、以及所述飞轮储能装置3与所述次传动件5的连接。

实施例2

本发明实施例还提供了一种多飞轮储能模组并联的长时储能系统，该长时储能系统包括：多个相互并联的如上述任一实施例所述的飞轮储能模组1；逆变器9，所述逆变器9的第一端与所述飞轮储能模组1中所述主充放电组件7的所述主双向电机2电连接，所述逆变器9的第二端与公共直流母线连接；总控制器10，与所述公共直流母线连接。

进一步地，在本发明的一个可选实施例中，该长时储能系统12还包括EMS能量管理系统11，EMS能量管理系统11与所述总控制器10通信连接。具体地，所述总控制器10适于与用户负载及直流电网连接，所述EMS能量管理系统11用于根据用户负载的负荷及直流电网的整体电网需求，实时传输控制信号至总控制器10。同时，能够根据储能的实际需求，灵活并联多个飞轮储能模组1，通过总控制器10灵活调整充放电容量满足电网及用户侧用能需求。

本发明实施例采用机械并联方式，相对于电化学储能系统而言，本发明实施例明显能够增加系统安全性、稳定性及使用寿命，采用分动式行星齿轮结构控制主双向电机2与多个飞轮储能装置3耦合，可根据实际需求随时对任一飞轮进行充放电管理，与常规单一配对飞轮储能装置3相比，飞轮储能装置3的放电时间能够大幅度延长至多倍。同时采用总控制器10对各飞轮储能模组1间的直流并联进行集中充放控制，有效提升整体系统的充放电效率及稳定性，大幅延长长时储能系统12的储能容量及放电时间，同时模组、模块数量可按需增减，提升了系统灵活性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通工人来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。