飞轮储能中电机负载的模拟系统的制作方法

1.本实用新型涉及电气工程技术领域，尤其涉及飞轮储能中电机负载的模拟系统。


背景技术：

2.飞轮是在其旋转质量上存储动能的装置，由于飞轮能够在位能负载驱动中减少柴油发电机组的能量消耗，并且能对环境污染的控制起到积极的作用。因此，飞轮储能系统逐渐得到了广泛的应用。
3.然而，在飞轮系统的设计及最后验证阶段，通常需要将飞轮储能系统安装在实际使用的电气系统上进行测试，也就是说，需要利用实际的机械设备进行测试，这就导致了在测试过程中电气系统因为要参与测试过程而无法正常工作。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了飞轮储能中电机负载的模拟系统，能够对飞轮储能中的电机负载进行模拟测试。
5.本实用新型实施例提供了一种飞轮储能中电机负载的模拟系统，包括：整流模块、飞轮电机驱动模块、飞轮电机、负载模拟模块和电源模块；
6.所述整流模块、所述飞轮电机驱动模块和所述负载模拟模块通过直流母线相连接，所述电源模块分别与所述整流模块和所述负载模拟模块相连接；
7.所述整流模块，用于将所述电源模块输出的第一交流电压转换为第一直流电压，并将该第一直流电压输入到所述直流母线中，以为所述模拟系统提供电压；
8.所述负载模拟模块，用于通过所述电源模块调节所述直流母线中的能量，以使所述直流母线中的第一直流电压产生波动；
9.所述飞轮电机驱动模块，用于在所述负载模拟模块使所述直流母线中的第一直流电压产生波动时，调节所述飞轮电机的转速，以稳定所述第一直流电压产生的波动。
10.在一种可能的实现方式中，
11.所述负载模拟模块，用于从所述电源模块吸收能量输入到所述直流母线中，以使所述直流母线中的第一直流电压升高；
12.所述飞轮电机驱动模块，用于在所述负载模拟模块使所述直流母线中的第一直流电压升高时，增大所述飞轮电机的转速，以稳定所述第一直流电压产生的波动。
13.在一种可能的实现方式中，
14.所述负载模拟模块，用于将所述直流母线输入的能量注入到所述电源模块，以使所述直流母线中的第一直流电压降低；
15.所述飞轮电机驱动模块，用于在所述负载模拟模块使所述直流母线中的第一直流电压降低时，减小所述飞轮电机的转速，以稳定所述第一直流电压产生的波动。
16.在一种可能的实现方式中，所述整流模块包括：第一电力电子器件；
17.所述第一电力电子器件的直流端与所述直流母线相连接，所述第一电力电子器件
的交流端与所述电源模块相连接；
18.所述第一电力电子器件，用于将所述电源模块输出的第一交流电压转换为第一直流电压，并将该第一直流电压输入到所述直流母线中。
19.在一种可能的实现方式中，所述飞轮电机驱动模块包括：第二电力电子器件；
20.所述第二电力电子器件的直流端与所述直流母线相连接，所述第二电力电子器件的交流端与所述飞轮电机相连接；
21.所述第二电力电子器件，用于在所述负载模拟模块使所述直流母线中的第一直流电压升高时，将从所述直流母线输出的用于增大所述飞轮电机转速的第二直流电压转换为第二交流电压，并将该第二交流电压输入给所述飞轮电机，以降低所述直流母线中的第一直流电压。
22.在一种可能的实现方式中，所述飞轮电机驱动模块包括：第三电力电子器件；
23.所述第三电力电子器件的直流端与所述直流母线相连接，所述第三电力电子器件的交流端与所述飞轮电机相连接；
24.所述第三电力电子器件，用于在所述负载模拟模块使所述直流母线中的第一直流电压降低时，将所述飞轮电机减小转速后产生的第三交流电压转换为第三直流电压，并将该第三直流电压输入到所述直流母线中，以升高该直流母线中的第一直流电压。
25.在一种可能的实现方式中，所述负载模拟模块包括：第四电力电子器件；
26.所述第四电力电子器件的直流端与所述直流母线相连接，所述第四电力电子器件的交流端与所述电源模块相连接；
27.所述第四电力电子器件，用于将所述直流母线输出的第四直流电压转换为第四交流电压，并将该第四交流电压的能量注入到所述电源模块，以使所述直流母线中的第一直流电压产生波动；
28.或，
29.所述第四电力电子器件，用于将从所述电源模块吸收的第五交流电压的能量转换为第五直流电压，并将该第五直流电压输入到所述直流母线中，以使所述直流母线中的第一直流电压产生波动。
30.由上述技术方案可知，整流模块、飞轮电机驱动模块和负载模拟模块之间通过直流母线连接，电源模块分别与整流模块和负载模拟模块相连接。整流模块通过将电源模块输出的第一交流电压转换为第一直流电压输出到直流母线中，如此负载模拟模块通过电源模块调节该直流母线中的能量，使得该直流母线中的第一直流电压产生波动。进一步飞轮电机驱动模块在第一直流电压产生波动时，通过调节飞轮电机中的转速对波动的第一直流电压进行稳定。由此可见，本方案通过负载模拟模块和电源模块调节直流母线中的能量，模拟了电力系统中电压不稳定产生波动的场景，即模拟出了位能负载发生变化的过程。进一步在直流母线中的第一直流电压发生波动的时候，通过调节飞轮电机的转速来稳定该第一直流电压产生的波动，以实现对飞轮储能系统的测试。也就是说，本方案不需要将飞轮储能系统安装到实际的电力系统中即可实现对飞轮系统的测试，避免了测试时由于实际的机械设备无法工作而带来的效益损失。
附图说明
31.图1是本实用新型一个实施例提供的一种飞轮储能中电机负载的模拟系统的示意图；
32.图2是本实用新型一个实施例提供的另一种飞轮储能中电机负载的模拟系统的示意图；
33.图3是本实用新型一个实施例提供的又一种飞轮储能中电机负载的模拟系统的示意图；
34.图4是本实用新型一个实施例提供的再一种飞轮储能中电机负载的模拟系统的示意图；
35.图5是本实用新型一个实施例提供的另一种飞轮储能中电机负载的模拟系统的示意图；
36.图6是本实用新型一个实施例提供的又一种飞轮储能中电机负载的模拟系统的示意图。
37.附图标记列表：
38.101：整流模块
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102：飞轮电机驱动模块
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103：飞轮电机
39.104：负载模拟模块
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105：电源模块105
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100：直流母线
40.1011：第一电力电子器件
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1021：第二电力电子器件
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1031：第三电力电子器件
41.1041：第四电力电子器件
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106：滤波器
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107：电压测试器件
42.108：开关
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109：变压器
43.10：飞轮储能中电机负载的模拟系统
具体实施方式
44.如前所述，飞轮是在其旋转质量上存储动能的装置。比如，在“充电”时，飞轮储能系统作为电动机给飞轮加速，将电能转换成机械能；在“放电”时，飞轮储能系统作为发电机将机械能转换成电能，给外部供电。由于飞轮能够在位能负载驱动中减少柴油发电机组的能量消耗，且对环境污染的控制能够起到积极的作用，因此被普遍认为是能够替代电化学储能系统的装置。
45.然而，在飞轮系统的设计及最后验证阶段，通常需要将飞轮储能系统安装在实际使用的电气系统上进行测试。目前，通常在测试之前将实际的机械设备停机，然后进行相应的电气系统改造，待电气系统改造完成之后，再进行集成测试。由于在整个测试过程中，需要利用实际的机械设备进行测试，这就导致了电气系统因为要参与测试过程而无法正常工作，从而会带来相应的效益损失。
46.基于此，在本实用新型中，考虑通过负载模拟的方式，在直流母线中模拟出电压波动的情况，进而也就模拟出位能负载的上升和下降的过程，进一步通过飞轮的转速调整来稳定该电压波动，以实现对飞轮系统的模拟测试。如此，不需要将该飞轮系统接入到实际的电力系统中即可实现对该飞轮系统的测试。
47.下面结合附图对本实用新型实施例提供的飞轮储能中电机负载的模拟系统进行详细说明。
48.如图1所示，本实用新型提供了一种飞轮储能中电机负载的模拟系统10，该系统可
以包括：整流模块101、飞轮电机驱动模块102、飞轮电机103、负载模拟模块104和电源模块105；
49.整流模块101、飞轮电机驱动模块102和负载模拟模块104通过直流母线100相连接，电源模块105分别与整流模块101和负载模拟模块104相连接；
50.整流模块101，用于将电源模块105输出的第一交流电压转换为第一直流电压，并将该第一直流电压输入到直流母线100中，以为模拟系统提供电压；
51.负载模拟模块104，用于通过电源模块105调节直流母线100中的能量，以使直流母线100中的第一直流电压产生波动；
52.飞轮电机驱动模块102，用于在负载模拟模块104使直流母线100中的第一直流电压产生波动时，调节飞轮电机103的转速，以稳定第一直流电压产生的波动。
53.在本实用新型实施例中，整流模块101、飞轮电机驱动模块102和负载模拟模块104之间通过直流母线100连接，电源模块105分别与整流模块101和负载模拟模块104相连接。整流模块101通过将电源模块105输出的第一交流电压转换为第一直流电压输出到直流母线100中，如此负载模拟模块104通过电源模块105调节该直流母线100中的能量，使得该直流母线100中的第一直流电压产生波动。进一步飞轮电机驱动模块102在第一直流电压产生波动时，通过调节飞轮电机103中的转速对波动的第一直流电压进行稳定。由此可见，本方案通过负载模拟模块104和电源模块105调节直流母线100中的能量，模拟了电力系统中电压不稳定产生波动的场景，即模拟出了位能负载发生变化的过程。进一步在直流母线100中的第一直流电压发生波动的时候，通过调节飞轮电机103的转速来稳定该第一直流电压产生的波动，以实现对飞轮储能系统的模拟测试。也就是说，本方案不需要将飞轮储能系统安装到实际的电力系统中即可实现对飞轮系统的测试，避免了测试时由于实际的机械设备无法工作而带来的效益损失。
54.由于本实施例提供方案是模拟实际的位能负载的变化，并不需要接入到实际的电力系统中就可实现模拟测试。也就是说，本实施例中的电源模块105可以不是实际的电网，采用实验室中的交流电源即可，通过该交流电源向整流模块101输出交流电压进行模拟测试。
55.整流模块101是用来将电源模块105输出的第一交流电源转换为第一直流电压，然后输入到直流母线100中的，即该整流模块101用来实现交直流的转换。实际中，该整流模块101可以是由真空管，引燃管，固态矽半导体二极管，汞弧等制成的整流器，还可以是包括半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路等的整流电路。
56.比如，在一种可能的实现方式中，如图2所示，整流模块101可以包括第一电力电子器件1011，其中，第一电力电子器件1011的直流端与直流母线100相连接，第一电力电子器件1011的交流端与电源模块105相连接；第一电力电子器件1011，用于将电源模块105输出的第一交流电压转换为第一直流电压，并将该第一直流电压输入到直流母线100中。如此通过第一电力电子器件1011实现将电源模块105输出的第一交流电压转换成第一直流电压，并输入到直流母线100中。
57.当然，在一些可能到的实施例中，由于通过整流元件或者整流电路将交流转换为直流电后，该直流电中不仅包含直流分量，还包括交流分量。因此，该整流模块101中还可以包括滤波器或滤波电路，用来滤除掉转换后的直流电中的交流分量。
58.本实施例中，负载模拟模块104是用来通过电源模块105调节直流母线100中的能量使直流母线100中的第一直流电压产生波动的，从而模拟出位能负载变化的情况。如此飞轮电机驱动模块102可以在该第一直流电压产生波动时，通过调节飞轮电机103的转速来稳定该第一直流电压产生的波动，如此实现对飞轮储能系统的测试。
59.在负载模拟模块104通过电源模块105调节直流母线100中的能量使直流母线100中的第一直流电压产生波动时，可以包括两种情况：
60.第一种：负载模拟模块104从电源模块105吸收能量，使直流母线100中的第一直流电压升高；
61.第二种：负载模拟模块104向电源模块105注入能量，使直流母线100中的第一直流电压降低。
62.下面对这两种情况作具体说明。
63.对于第一种情况，在一种可能的实现方式中，负载模拟模块104和飞轮电机驱动模块102可以分别具有以下作用：
64.负载模拟模块104，用于从电源模块105吸收能量输入到直流母线100中，以使直流母线100中的第一直流电压升高；
65.飞轮电机驱动模块102，用于在负载模拟模块104使直流母线100中的第一直流电压升高时，增大飞轮电机103的转速，以稳定第一直流电压产生的波动。
66.在本实用新型实施例中，负载模拟模块104通过从电源模块105吸收能量输入到直流母线100中，如此可以将直流母线100中的第一直流电压抬高，从而模拟出位能负载升高的情况。进一步，飞轮电机驱动模块102在第一直流电压升高时，通过增大飞轮电机103的转速来消耗能量，从而稳定第一直流电压产生的波动，实现对飞轮储能系统的测试。
67.在直流母线100中的第一直流电压升高的情况下，在一种可能的实现方式中，如图3所示，飞轮电机驱动模块102可以包括第二电力电子器件1021；第二电力电子器件1021的直流端与直流母线100相连接，第二电力电子器件1021的交流端与飞轮电机103相连接；
68.第二电力电子器件1021，用于在负载模拟模块104使直流母线100中的第一直流电压升高时，将从直流母线100输出的用于增大飞轮电机103转速的第二直流电压转换为第二交流电压，并将该第二交流电压输入给飞轮电机103，以降低直流母线100中的第一直流电压。
69.在本实用新型实施例中，第二电力电子器件1021可以实现交直流转换的功能，通过将第二电力电子器件1021的直流端与直流母线100相连接，交流端与飞轮电机103相连接。如此第二电力电子器件1021可以在第一直流电压升高时，将从直流母线100中输出的用于增大飞轮电机103转速的第二直流电压转换为第二交流电压，并将该第二交流电压输入给飞轮电机103，以提高飞轮电机103的转速。通过将电能转换为机械能来降低直流母线100中的第一直流电压，从而稳定住第一直流电压产生的波动。
70.对于第二种情况，在一种可能的实现方式中，负载模拟模块104和飞轮电机驱动模块102可以分别具有如下作用：
71.负载模拟模块104，用于将直流母线100输入的能量注入到电源模块105，以使直流母线100中的第一直流电压降低；
72.飞轮电机驱动模块102，用于在负载模拟模块104使直流母线100中的第一直流电
压降低时，减小飞轮电机103的转速，以稳定第一直流电压产生的波动。
73.在本实用新型实施例中，负载模拟模块104通过将从直流母线100输入进来的能量注入到电源模块105中，如此可以使得直流母线100中的第一直流电压降低，从而模拟出位能负载下降的过程。进一步，飞轮电机驱动模块102在第一直流电压降低时，通过减小飞轮电机103的转速来产生能量，从而稳定第一直流电压产生的波动，实现对飞轮系统的测试。
74.在直流母线100中的第一直流电压降低的情况下，在一种可能的实现方式中，如图4所示，飞轮电机驱动模块102可以包括第三电力电子器件1022；第三电力电子器件1022的直流端与直流母线100相连接，第三电力电子器件1022的交流端与飞轮电机103相连接；
75.第三电力电子器件1022，用于在负载模拟模块104使直流母线100中的第一直流电压降低时，将飞轮电机103减小转速后产生的第三交流电压转换为第三直流电压，并将该第三直流电压输入到直流母线100中，以升高该直流母线100中的第一直流电压。
76.在本实用新型实施例中，第三电力电子器件1022可以实现交直流转换的功能，通过将第三电力电子器件1022的直流端与直流母线100连接，交流端与飞轮电机103连接，如此在第一直流电压降低时，第三电力电子器件1022可以将飞轮电机103减小转速后产生的第三交流电压转换成第三直流电压，并将该第三直流电压输入到直流母线100中。通过将机械能转换为电能注入到直流母线100中，以此来提升直流母线100中的第一直流电压，从而达到稳定第一直流电压产生的波动的目的。
77.在一种可能的实现方式中，如图5所示，负载模拟模块104可以包括第四电力电子器件1041；第四电力电子器件1041的直流端与直流母线100相连接，第四电力电子器件1041的交流端与电源模块105相连接；
78.如此第四电力电子器件1041可以用于将直流母线100输出的第四直流电压转换为第四交流电压，并将该第四交流电压的能量注入到电源模块105，以使直流母线100中的第一直流电压产生波动；
79.或者，
80.第四电力电子器件1041还可以用于将从电源模块105吸收的第五交流电压的能量转换为第五直流电压，并将该第五直流电压输入到直流母线100中，以使直流母线100中的第一直流电压产生波动。
81.在本实施中，负载模拟模块104可以通过将从直流母线100输出的第一直流电压转换为第四交流电压，并将该第四交流电压的能量注入到电源模块105，以此来降低直流母线100中的第一直流电压，从而使直流母线100中的第一直流电压产生波动；此外，负载模拟模块104还可以将从电源模块105吸收能量，并将吸收的第五交流电压的能量转换为第五直流电压后输入到直流母线100中，以此来提高直流母线100中的电压，从而使直流母线100中的第一直流电压产生波动。
82.由此可见，本实施例中，通过采用向电源模块105吸收能量的方式来升高直流母线100中的第一直流电压，通过向电源模块105注入能量的方式来降低直流母线100中的第二直流电压，如此能够模拟出实际的电力系统中位能负载的上升和下降过程，不需要将飞轮系统接入到实际的电力系统中，即可实现对飞轮系统的测试，从而避免了由于在实际电力系统中测试时需要停止机械设备所带来的收益损失。
83.当然容易理解的是，在一些实施例中，该系统不仅包括上述所列的各模块和元件，
还可以包括其他一些用于实现模拟测试功能的元器件。比如，在一个可能的实现方式中，如图6所示，该飞轮储能中电机负载的模拟系统除了上述各个实施例提到的元器件外，还可以包括滤波器106、电压测试器件107、开关108和变压器109等，其中，开关还可以包括接触开关、隔离开关等，以此来保障系统的准确性和可行性。比如，滤波器106用于滤除整流后的交流分量，电压测试器件107用于监测整流过程中的电压变化，变压器109用于将电源模块105输出的变压后输入系统中等。
84.需要说明的是，上述各流程和各装置结构图中不是所有的模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。
85.以上各实施例中，硬件模块可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件模块可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，fpga或asic)来完成相应操作。硬件模块还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。
86.上文通过附图和优选实施例对本实用新型进行了详细展示和说明，然而本实用新型不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本实用新型更多的实施例，这些实施例也在本实用新型的保护范围之内。