[发明专利]一种惯量可扩展的调相机飞轮系统及使用方法

说明书

本发明公开了一种惯量可扩展的调相机飞轮系统及使用方法，属于电机与电器技术领域。本发明系统，包括：调相机，所述调相机连接中频发电机，通过所述调相机运行带动中频发电机同步运行；中频发电机，所述中频发电机通过所述调相机的带动运行，产生三相交流电；飞轮电机及飞轮，所述飞轮电机通过所述中频发电机产生的三相交流电，驱动飞轮电机运行，通过飞轮电机的运行带动飞轮运行。本发明使用中频发电机代替高速变速器，以电气耦合取代机械连接实现飞轮转速的提升，所用技术成熟，传递效率和运行可靠性极高，且运行维护非常方便，非常适合工程应用。

技术领域

本发明涉及电机与电器技术领域，并且更具体地，涉及一种惯量可扩展的调相机飞轮系统及使用方法。

背景技术

随着新能源在电网中渗透率的提高、高压直流输电技术以及微电网的发展，电力系统电力电子化趋势日益加重，电网同步特征不断退化。电力系统的电压支撑和惯量支撑能力持续减弱，严重威胁电力系统的安全稳定运行。

目前新能源场站的主要不足在于无功瞬时支撑和调节能力不足，等效转动惯量较小，无法抵御电网大规模的有功、无功冲击；而在负荷中心地区，大规模的直流馈入和分布式能源的蓬勃发展的使本地常规机组的数量日渐减少，系统的动态无功储备和转动惯量下降，由此导致系统暂态稳定和电压稳定风险加剧。研究表明，利用小型分布式调相机对新能源厂站、分布式能源等地区进行就地无功支撑，可有效提高新能源机组高低电压穿越能力，改善电压稳定水平，因此有望成为未来主要的动态无功补偿方案。然而，由于调相机转动惯量只有同容量发电机组的30％～50％，且配套容量通常小于新能源场站或分布式能源额定出力的25％，因此调相机对系统的惯性支撑能力相对匮乏，因此，如何通过合理的方案设计同时解决新能源场站和负荷中心地区的电压和惯量支撑问题，更好地平抑电网严重故障时的有功、无功冲击，是电网发展面临的必要且迫切的任务。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种惯量可扩展的调相机飞轮系统，包括：

调相机，所述调相机连接中频发电机，通过所述调相机运行带动中频发电机同步运行；

中频发电机，所述中频发电机通过所述调相机的带动运行，产生三相交流电；

飞轮电机及飞轮，所述飞轮电机通过所述中频发电机产生的三相交流电，驱动飞轮电机运行，通过飞轮电机的运行带动飞轮运行。

可选的，系统通过调相机接入目标电网。

可选的，飞轮电机及飞轮置于真空环境中使用。

可选的，调相机与中频发电机同轴机械连接，飞轮电机及飞轮采用磁悬浮轴承连接。

可选的，中频发电机与飞轮电机采用电气耦合连接。

可选的，调相机正常运行时，作为空载电机吸收所述系统预设量的有功功率，当所述系统频率因有功功率缺额下降时，所述调相机通过惯性减少吸收有功功率或作为发电机运行发出有功功率，补偿所述系统的有功功率缺额。

可选的，系统启动过程中，包括：通过SFC启动调相机，由调相机带动所述系统启动，或通过SFC启动中频发电机带动所述系统启动。

可选的，通过SFC启动调相机后的系统退出后不可重新投入。

可选的，中频发电机极对数为调相机极对数的N倍，所述N大于0。

本发明还提出了一种惯量可扩展的调相机飞轮系统的使用方法，包括：

通过SFC启动调相机，由调相机带动所述系统启动，或通过SFC启动中频发电机带动所述系统启动；

通过所述调相机运行带动中频发电机同步运行；

通过所述中频发电机产生的三相交流电，驱动飞轮电机运行，通过飞轮电机的运行带动飞轮运行；