一种飞轮储能系统

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种飞轮储能系统。

背景技术

飞轮储能是一种物理储能技术，通过真空磁悬浮条件下高速旋转的飞轮转子来储存能量；飞轮储能系统是一套可以实现电能与动能之间高效相互转换的设备。

目前，针对地埋式的飞轮储能系统，由地埋式的飞轮本体、配套装置及控制系统构成；上述配套装置及控制系统通常分散安装，在进行分散安装时对配套装置及控制系统的安装与规划并没有一个明确的要求和标准，因此，飞轮辅助系统的各个部件的安装位置通常取决于飞轮规格尺寸、环境、线缆、防水、安全等因素；基于此，在分散安装完成后，配套装置及控制系统通常分布在随机位置，不能实现模块化与集成化的安装和管理，存在安装困难、检修困难的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种飞轮储能系统，以解决相关技术中存在的配套装置及控制系统不能实现模块化与集成化的安装和管理，安装困难、检修困难的问题。

第一方面，本发明提供一种飞轮储能系统，所述飞轮储能系统包括：通信连接的飞轮本体、控制子系统和外围飞轮子系统；其中，所述飞轮本体和所述控制子系统均设置于目标区域内，所述飞轮本体包括：飞轮转子组件、壳体组件以及双向电机；所述控制子系统用于对所述飞轮本体的运行状况进行检测，并基于检测结果进行控制；所述外围飞轮子系统设置于所述目标区域外，用于对所述飞轮储能系统的运行状况进行检测，并基于检测结果进行控制。

在一种可选的实施方式中，所述控制子系统包括飞轮控制单元和供电单元；所述供电单元与所述飞轮控制单元电连接，用于为所述飞轮控制单元供电；所述飞轮控制单元与所述飞轮本体通信连接，用于对所述飞轮本体进行控制。

在一种可选的实施方式中，所述控制子系统还包括抽真空单元，所述抽真空单元包括抽真空装置和真空检测装置；其中，所述抽真空装置用于在被使能时抽取所述目标区域内的空气；所述真空检测装置用于对所述目标区域的真空数值数据进行检测，并将检测结果通信至所述外围飞轮子系统。

在一种可选的实施方式中，所述控制子系统还包括数据采集单元，所述数据采集单元包括温度采集装置和数据采集装置；所述温度采集装置用于对所述目标区域内的温度数值进行检测，并将检测结果通信至所述外围飞轮子系统；所述数据采集装置用于对所述目标区域内的振动数值、水平数值进行检测，并将检测结果通信至所述外围飞轮子系统。

在一种可选的实施方式中，所述控制子系统还包括配电单元；所述配电单元包括至少一个第一可控开关和至少一个第二可控开关，所述配电单元用于为所述飞轮储能系统供电；所述配电单元的一端与外接的供电系统电连接，另一端分别与所述飞轮本体、所述外围飞轮子系统电连接。

在一种可选的实施方式中，所述外围飞轮子系统包括运行管理监控单元；其中，所述运行管理监控单元包括电能质量管理装置、人机交互装置和通信装置；所述电能质量管理装置与所述飞轮本体和所述控制子系统通信连接，用于根据所述飞轮本体和所述控制子系统的运行状况输出电能质量管理数据；所述人机交互装置与所述飞轮本体和所述控制子系统通信连接，用于监测所述飞轮本体和所述控制子系统的运行状况，且对所述飞轮本体和所述控制子系统进行控制；所述人机交互装置用于通过所述通信装置向外接设备通信所述运行状况。

在一种可选的实施方式中，所述外围飞轮子系统还包括制动单元和散热单元；所述制动单元与飞轮本体电连接，所述制动单元用于在被使能时制动所述飞轮本体；所述运行管理模块用于基于检测结果控制所述散热单元使能或失能，所述散热单元用于在被使能时对所述飞轮本体进行散热。

在一种可选的实施方式中，所述飞轮储能系统还包括第一安装箱体、第二安装箱体和第三安装箱体；所述第一安装箱体、所述第二安装箱体和所述第三安装箱体安装于所述目标区域内部的内侧边缘；所述飞轮控制单元和所述供电单元安装于所述第一安装箱体内；所述抽真空单元和所述数据采集单元安装于所述第二安装箱体内；所述配电单元安装于所述第三安装箱体内。

在一种可选的实施方式中，所述飞轮储能系统还包括便携式可移动箱体；所述运行管理监控单元安装于所述便携式可移动箱体内部。

在一种可选的实施方式中，所述飞轮储能系统还包括集装箱，所述集装箱设置于所述目标区域外部，所述制动单元和所述散热单元安装于所述集装箱内部。

本发明实施例提供一种飞轮储能系统，所述飞轮储能系统包括：通信连接的飞轮本体、控制子系统和外围飞轮子系统；其中，所述飞轮本体和所述控制子系统均设置于目标区域内，所述飞轮本体包括：飞轮转子组件、壳体组件以及双向电机；所述控制子系统用于对所述飞轮本体的运行状况进行检测，并基于检测结果进行控制；所述外围飞轮子系统设置于所述目标区域外，用于对所述飞轮储能系统的运行状况进行检测，并基于检测结果进行控制；通过实施本发明，一方面，所述飞轮本体、所述控制子系统和所述外围飞轮子系统实现了模块化设置，在进行生产安装时能够模块化集成；一方面，在所述地坑飞轮储能系统中确定了所述飞轮本体、所述控制子系统和所述外围飞轮子系统的设置位置，能够明确地实现对所述飞轮储能系统的安装、规划；另一方面，所述外围飞轮子系统设置于目标区域外，并且用于对飞轮储能系统的运行状况进行检测，并基于检测结果进行控制；在需要确定飞轮储能系统的运行状况时，不需要进入难以安装、检修的目标区域内，仅通过所述外围飞轮子系统即可确定所述飞轮储能系统的运行状况。

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，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例的一种示例性地飞轮储能系统的模块化示意图；

图2为本发明实施例的一种示例性地飞轮储能系统的模块化示意图；

图3为本发明实施例的一种示例性地飞轮储能系统的模块化示意图。

附图标记说明：

1-飞轮本体； 2-控制子系统； 3-外围飞轮子系统；

5-便携式可移动箱体；6-集装箱； 21-飞轮控制单元；

22-供电单元； 23-抽真空单元； 24-数据采集单元；

25-配电单元； 31-运行管理监控单元；32-制动单元；

33-散热单元； 41-第一安装箱体；42-第二安装箱体；

43-第三安装箱体；

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，本领域普通技术人员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，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。

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。

本发明提供了一种飞轮储能系统，以解决相关技术中存在的配套装置及控制系统不能实现模块化与集成化的安装和管理，安装困难、检修困难的问题。

第一方面，本发明提供一种飞轮储能系统，图1为本发明实施例的一种示例性地飞轮储能系统的模块化示意图，如图1所示，所述飞轮储能系统包括：通信连接的飞轮本体1、控制子系统2和外围飞轮子系统3；其中，所述飞轮本体1和所述控制子系统2均设置于目标区域内；作为示例性地实施例，所述目标区域可以为地坑，所述地坑安装有本发明实施例的飞轮储能系统的相关子系统，该飞轮储能系统可以是地埋式飞轮储能系统。所述飞轮本体1包括：飞轮转子组件、壳体组件以及双向电机；所述控制子系统2用于对所述飞轮本体1的运行状况进行检测，并基于检测结果进行控制；所述外围飞轮子系统3设置于所述目标区域外，用于对所述飞轮储能系统的运行状况进行检测，并基于检测结果进行控制。

在本实施例中，一方面，所述飞轮本体1、所述控制子系统2和所述外围飞轮子系统3实现了模块化设置，在进行生产安装时能够模块化集成；一方面，定义所述飞轮本体1、所述控制子系统2和所述外围飞轮子系统3的设置位置，能够明确地实现对所述飞轮储能系统的安装、规划和管理；另一方面，所述外围飞轮子系统3设置于目标区域外，并且用于对飞轮储能系统的运行状况进行检测，并基于检测结果进行控制；在需要确定飞轮储能系统的运行状况时，不需要进入难以安装、检修的目标区域内，仅通过所述外围飞轮子系统3即可确定所述飞轮储能系统的运行状况。

在一种可选的实施方式中，图2为本发明实施例的一种示例性地飞轮储能系统的模块化示意图，如图2所示，所述控制子系统2包括飞轮控制单元21和供电单元22；所述供电单元22与所述飞轮控制单元21电连接，用于为所述飞轮控制单元21供电；所述飞轮控制单元21与所述飞轮本体1通信连接，用于对所述飞轮本体1进行控制。

示例性地，所述飞轮控制单元21包括磁轴承控制模块，所述磁轴承控制模块用于基于所述飞轮储能系统的运行状况通过控制所述双向电机对所述飞轮本体1进行控制；所述供电单元22包括不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)，所述不间断电源能够提供瞬时的输入电源中断保护。

在本实施例中，该控制子系统2所包含的飞轮控制单元21和供电单元22，在进行生产时能够实现模块化生产，在进行安装时能够基于模块化、单元化定义的控制子系统2实现规划安装，能够明确地实现对所述控制子系统2的安装、规划。

在一种可选的实施方式中，所述控制子系统2还包括抽真空单元23，所述抽真空单元23包括抽真空装置和真空检测装置；其中，所述抽真空装置用于在被使能时抽取所述目标区域内的空气；所述真空检测装置用于对所述目标区域的真空数值数据进行检测，并将检测结果通信至所述外围飞轮子系统3。

示例性地，所述抽真空装置为真空泵，所述真空泵的控制端与所述外围飞轮子系统3通信连接，用于在所述控制子系统2和/或所述外围飞轮子系统3的控制下处于被使能或被失能；所述真空泵包括干式螺杆真空泵、水环泵、往复泵至少之一。

示例性地，所述真空检测装置为真空计，所述真空计用于检测所述目标区域内的抽真空数值，并将检测到的所述抽真空数值通信至所述外围飞轮子系统3；作为可能的实现方式，所述真空计将所述抽真空数值通信至所述外围飞轮子系统3；所述真空检测装置可以包括热电式真空计、离子真空计、质子传导计至少之一。

在本实施例中，所述控制子系统2还包括抽真空单元23，相对于上述的飞轮控制单元21和供电单元22，是为了实现抽真空控制等功能单独设置的单元，从而在进行生产时能够实现模块化生产，在进行安装时能够基于模块化、单元化定义的控制子系统2进行规划安装，能够明确地实现对所述飞轮储能系统的安装、规划。

在一种可选的实施方式中，所述控制子系统2还包括数据采集单元24，所述数据采集单元24包括温度采集装置和数据采集装置；所述温度采集装置用于对所述目标区域内的温度数值进行检测，并将检测结果通信至所述外围飞轮子系统3；所述数据采集装置用于对所述目标区域内的振动数值、水平数值进行检测，并将检测结果通信至所述外围飞轮子系统3。

示例性地，所述温度采集装置包括温度采集模块；所述温度采集模块用于检测所述目标区域内的温度数值，并将检测到的所述温度数值通信至所述外围飞轮子系统3；作为可能的实现方式，所述温度采集模块将所述温度数值通信至所述外围飞轮子系统3。

示例性地，所述数据采集装置包括振动及水平采集模块；所述振动及水平采集模块用于检测所述目标区域内的振动值数值和水平值数值，并将检测到的所述振动值数值和水平值数值通信至所述外围飞轮子系统3；作为可能的实现方式，所述振动及水平采集模块将所述振动值数值和水平值数值通信至所述外围飞轮子系统3；所述振动及水平采集模块包括加速度传感器、惯性导航单元和激光振动测量模块至少之一。

在本实施例中，该控制子系统2包括数据采集单元24，所述数据采集单元24包括温度采集装置和数据采集装置，在进行生产时能够实现模块化生产，在进行安装时能够基于模块化、单元化定义的控制子系统2实现规划安装。

在一种可选的实施方式中，所述控制子系统2还包括配电单元25；所述配电单元25包括至少一个第一可控开关和至少一个第二可控开关，所述配电单元25用于为所述飞轮储能系统供电；所述配电单元25的一端与外接的供电系统电连接，另一端分别与所述飞轮本体1、所述外围飞轮子系统3电连接。

示例性地，所述外接的供电系统可以为电力转换系统(Power ConversionSystem，PCS)，所述电力转换系统用于电能转换和管理，将电能从一种形式转换为另一种形式，以满足飞轮储能系统内的不同系统内的单元的供电要求。

示例性地，所述第一可控开关包括不同型号的微型断路器。

示例性地，所述第二可控开关为空气开关。

在本实施例中，该控制子系统2还包括配电单元25，在进行生产时能够实现模块化生产，在进行安装时能够基于模块化、单元化定义的控制子系统2进行规划安装，能够明确地进行对所述飞轮储能系统的安装、规划。

在一种可选的实施方式中，所述外围飞轮子系统3包括运行管理监控单元31；其中，所述运行管理监控单元31包括电能质量管理装置、人机交互装置和通信装置；所述电能质量管理装置与所述飞轮本体1和所述控制子系统2通信连接，用于根据所述飞轮本体1和所述控制子系统2的运行状况输出电能质量管理数据；所述人机交互装置与所述飞轮本体1和所述控制子系统2通信连接，用于监测所述飞轮本体1和所述控制子系统2的运行状况，且对所述飞轮本体1和所述控制子系统2进行控制；所述人机交互装置用于通过所述通信装置向外接设备通信所述运行状况。

示例性地，所述电能质量管理装置用于监测和管理飞轮储能系统提供的电能质量，以确保输出电能的电压、频率等参数在规定范围内，从而满足电力网络的要求；所述电能质量管理装置包括功率质量分析仪、电能优化控制器、电压稳定器至少之一。

示例性地，所述人机交互装置用于通过所述通信装置向外接设备通信所述运行状况；所述人机交互装置包括交换机。

示例性地，所述通信装置包括HMI接口。

在本实施例中，该外围飞轮子系统3包括运行管理监控单元31，一方面，在进行生产时能够实现模块化生产，在进行安装时能够基于模块化、单元化定义的外围飞轮子系统3实现规划安装；一方面，在进行监控时，可以在目标区域外通过所述运行管理监控单元31对所述飞轮储能系统的运行状况进行分析，而避免进入目标区域内，以避免可能存在的安全风险；另一方面，在进行检修时，检修人员可以在目标区域外通过所述运行管理监控单元31对所述飞轮储能系统的运行状况进行分析，而避免进入目标区域，以避免可能存在的安全风险。

在一种可选的实施方式中，所述外围飞轮子系统3还包括制动单元32和散热单元33；所述制动单元32与飞轮本体1电连接，所述制动单元32用于在被使能时制动所述飞轮本体1；所述运行管理模块用于基于检测结果控制所述散热单元33使能或失能，所述散热单元33用于在被使能时对所述飞轮本体1进行散热。

示例性地，所述制动单元32包括刹车电阻装置；所述刹车电阻装置的控制端连接所述人机交互装置和飞轮控制单元21，所述散热单元33包括空冷机或水冷机。

作为可能的实现方式，所述刹车电阻装置在人机交互装置的控制下被使能或被失能；

作为可能的实现方式，所述刹车电阻装置在飞轮控制单元21的控制下被使能或被失能；

作为可能的实现方式，所述刹车电阻装置在所述人机交互装置和飞轮控制单元21的控制下被使能或被失能。

作为可能的实现方式，所述散热单元33在人机交互装置的控制下被使能或被失能；

作为可能的实现方式，所述散热单元33在飞轮控制单元21的控制下被使能或被失能；

作为可能的实现方式，所述散热单元33在所述人机交互装置和飞轮控制单元21的控制下被使能或被失能。

在本实施例中，该外围飞轮子系统3包括制动单元32和散热单元33，一方面，在进行生产时能够根据实现模块化生产，在进行安装时能够基于模块化、单元化定义的外围飞轮子系统3实现规划安装；另一方面，在进行刹车控制时，可以在目标区域外通过控制所述制动单元32处于被使能状态来实现；在进行制冷控制时，可以在目标区域外通过所述人机交互装置控制所述散热单元33处于被使能状态来实现。

在一种可选的实施方式中，图3为本发明实施例的一种飞轮储能系统的模块化示意图，如图3所示，所述飞轮储能系统还包括第一安装箱体41、第二安装箱体42和第三安装箱体43；所述第一安装箱体41、所述第二安装箱体42和所述第三安装箱体43安装于所述目标区域内部的内侧边缘；所述飞轮控制单元21和所述供电单元22安装于所述第一安装箱体41内；所述抽真空单元23和所述数据采集单元24安装于所述第二安装箱体42内；所述配电单元25安装于所述第三安装箱体43内。

在本实施例中，所述飞轮储能系统的控制子系统2安装在所述第一安装箱体41、所述第二安装箱体42和所述第三安装箱体43内，且所述第一安装箱体41、所述第二安装箱体42和所述第三安装箱体43安装于所述目标区域内部的内侧边缘；在需要对控制子系统内的相关部件进行检修时，仅需在目标区域的内侧边缘寻找第一安装箱体41、第二安装箱体42和第三安装箱体43的位置；而相关技术中的飞轮储能系统在分散安装完成后，配套装置及控制系统通常分布在随机位置，在进行检修时需要在环境较为复杂的目标区域内单独寻找相关的元器件，存在的安全隐患。

示例性地，为了实现飞轮储能系统的模块化与集成化的安装、管理且便于检修，作为示例性地实施例，在对飞轮储能系统进行设计、安装时，对所述第一安装箱体41、所述第二安装箱体42和所述第三安装箱体43的箱体位置进行标注。

在一种可选的实施方式中，所述飞轮储能系统还包括便携式可移动箱体5；所述运行管理监控单元31安装于所述便携式可移动箱体内部。

在本实施例中，所述便携式可移动箱体5可以为手提箱；所述运行管理监控单元31安装于所述手提箱内部；上述安装方式，体积较小的运行管理监控单元31能够便于携带以及实际操作。

在一种可选的实施方式中，所述飞轮储能系统还包括集装箱6，所述集装箱设置于所述目标区域外部，所述制动单元32和所述散热单元33安装于所述集装箱内部。

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技术人员来说，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。这里无须也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申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。