[发明专利]基于飞轮储能的脉冲功率电源系统及控制方法

说明书

本发明涉及脉冲功率电源供电技术领域，具体涉及一种基于飞轮储能的脉冲功率电源系统及控制方法。该脉冲功率电源系统包括：储能单元、能量管理单元和协调控制单元。本发明实施例提供的脉冲功率电源系统一方面通过飞轮阵列的集成方式可根据需求构建兆瓦级、十兆瓦级甚至百兆瓦级的大功率脉冲功率电源系统，另一方面采用模块化设计，配置灵活，安装快捷，建设周期短，运维简单，扩容方便，可满足多种应用场景下的脉冲功率电源需求，其控制方法采用能量管理单元监控管理整套系统，实现稳态控制功能，保障系统安全可靠运行；同时采用协调控制单元实现暂态控制功能，可根据不同的应用场景制定相应的控制策略，合理控制飞轮阵列的协调运行。

技术领域

本发明涉及脉冲功率电源供电技术领域，具体涉及一种基于飞轮储能的脉冲功率电源系统及控制方法。

背景技术

脉冲功率电源是用来给短时大功率负载供电的电源，具有非常广泛的用途。根据负载类型的不同，脉冲持续时间通常从毫秒级到秒级不等。脉冲功率电源的基本工作原理是：首先经过慢储能，使初级能源具有足够的能量；其次，向中间储能和脉冲形成系统注入能量；再次，能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化，等复杂过程之后，最后快速释放给负载。

脉冲功率电源常用的储能方式包括超级电容器储能、蓄电池储能和飞轮脉冲发电机储能。采用超级电容器储能的脉冲功率电源可以在短时间内快速放电，但是存在储能密度不高，设备体积大，无法小型化，并且充放电寿命较短等问题。采用蓄电池储能的脉冲功率电源在安全性、充放电寿命等方面存在问题。采用飞轮脉冲发电机储能的脉冲功率电源系统通过电动机拖动飞轮加速转动来存储能量，然后通过发电机将飞轮储存的能量对外快速释能，能够满足数十兆瓦到百兆瓦级的脉冲功率需求，但是存在设备体积大、建造周期长、运维成本高等问题。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的基于飞轮储能的脉冲功率电源系统及控制方法成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于飞轮储能的脉冲功率电源系统及控制方法。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

本发明的实施例提供了一种基于飞轮储能的脉冲功率电源系统，分别与充电交流母线和放电交流母线连接，所述放电交流母线连接有负载，该脉冲功率电源系统包括：

多个并列设置的储能单元，每一个储能单元包括：充电装置、至少一个飞轮储能装置和放电装置，所述放电装置与所述放电交流母线连接，所述充电装置与所述充电交流母线连接，所述飞轮储能装置分别与所述充电装置和所述放电装置连接；

能量管理单元，与所述储能单元连接，用于实时监测所述储能单元的运行状态，并根据所述运行状态生成充电指令或放电指令；

协调控制单元，与所述储能单元连接，所述协调控制单元与所述能量管理单元通信连接，所述协调控制单元用于实时采集所述储能单元的运行数据并接收所述充电指令或放电指令，所述协调控制单元内存储有预设充电策略和预设放电策略，当所述协调控制单元接收到充电指令时，根据所述预设充电策略和所述运行数据生成充电控制指令，控制所述充电装置为所述飞轮储能装置进行充电，所述飞轮储能装置将电能转化为动能存储，当所述协调控制单元接收到放电指令时，根据所述预设放电策略和所述运行数据生成放电控制指令，控制所述放电装置进行放电，所述飞轮储能装置将动能转化为电能，为负载提供所需功率。

优选地，所述放电装置包括：储能变流器和变压器，所述变压器的高压侧与所述放电交流母线连接，所述变压器的低压侧与所述储能变流器的交流侧连接，所述储能变流器的直流侧与所述飞轮储能装置连接，所述储能变流器分别与所述能量管理单元和所述协调控制单元通信连接，所述储能变流器用于接收所述放电控制指令，并根据所述放电控制指令控制输出功率的大小。