[发明专利]一种飞轮脉冲电源大惯量负载特性模拟装置

说明书

一种飞轮脉冲电源大惯量负载特性模拟装置，无需依赖于转矩传感器且不需要附加安装辅助飞轮盘，以满足被测试充能电机加速时间最短的测试需求为约束条件，通过对模拟装置转矩、转速随时间变化率的设计，实现模拟装置对飞轮脉冲电源系统大惯量负载特性较为精确的模拟。基于所提出的大惯量负载特性模拟的装置及模拟方法，可以为飞轮脉冲电源系统的充能电机的稳态、动态性能验证及控制策略优化提供便利的测试条件，缩短飞轮脉冲电源系统这类大惯量飞轮储能系统充能电机性能测试时间。

技术领域

本发明涉及一种飞轮脉冲电源大惯量负载特性模拟装置。

背景技术

飞轮脉冲电源是利用大惯量飞轮实现储能、可以短时输出大功率电能为负载供电的一类特殊电源系统，用途十分广泛。飞轮脉冲电源主要由飞轮充能电机、飞轮和发电机组成，其工作过程可以划分为充能和释能两个阶段，充能阶段通过充能电机拖动飞轮加速转动来储存机械能，释能阶段通过发电机将飞轮储存的机械能对外快速释放，单套机组可以实现百兆瓦级的脉冲功率输出。基于飞轮储能的脉冲功率电源系统通过充能电机拖动飞轮加速转动来实现机械能量到电能的转换和存储，充能电机一般采用异步电机、同步电机等交流电机，与飞轮和发电机同轴安装，充能电机作为飞轮储能系统中实现电能与机械能之间相互转换的核心部件，其性能直接影响着整个飞轮储能系统的性能。通过充能电机的升速实现飞轮充能的过程作为飞轮脉冲电源放电前的必备前置环节，该阶段耗时长短是影响飞轮脉冲电源输出电能快速性的重要因素，为实现脉冲电源系统快速输出，对充能电机充能速度的考核成为一种特定的需求。

飞轮脉冲电源系统在体积能量比和能量转换效率上具有较好的优势，但是大惯量飞轮脉冲电源系统由于飞轮盘的存在，使得整套设备体积、质量很大，实验过程中容易产生强振动与噪声，一旦出现机械故障，可能会对周边设备和人员安全造成极大威胁，上述问题造成大惯量飞轮系统在原理验证阶段存在试验周期长、试验成本高等棘手问题。在带飞轮进行脉动电源系统整机测试之前进行台架模拟测试，是对飞轮系统充能电机进行动静态性能验证的有效手段。对于飞轮脉冲电源性能研究的室内试验台而言,一项关键的技术是如何真实地模拟真是飞轮的转动惯量，转动惯量的精确模拟是实现试验台架工况与飞轮脉冲电源系统实际运行工况的一致的前提条件。

目前惯性试验台主要有两种类型，飞轮机械惯量模拟与电惯量模拟。机械惯量模拟试验台虽然控制简单但存在着台架结构庞大、惯量模拟精度差且惯量模拟不连续等问题，纯机械惯量模拟试验台已逐渐不能满足试验要求。随着计算机技术及电机控制技术的进步，电惯量模拟试验台得到了快速的发展，在试验过程中通过对负载模拟电机的输出力矩和转速的控制实现对对转动惯量的补偿，使试验系统动力特性逼近理想的飞轮系统，与纯机械惯量模拟相比，电惯量模拟试验台可实现试验惯量精确匹配。