飞轮供电系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及电力系统供电，尤其是涉及一种飞轮供电系统及其控制方法。


背景技术：

2.飞轮控制装置一般包括下述部分构成：电控单元、磁轴承控制单元以及监测单元。在飞轮转子旋转过程中，上述飞轮控制装置的核心控制板卡不允许掉电，否则易造成飞轮转子跌落从而造成安全隐患。
3.目前，针对上述飞轮控制装置的核心控制板卡的供电方法通常采用基于电池的ups电源进行供电，该基于电池的ups电源包括市电电源以及电池电源，通常由市电电源进行供电，当市电电源掉电后转由电池电源进行供电。
4.现有的基于电池的ups供电电源存在下述两个缺陷：第一是为保障供电时间，ups供电电源需使用电池装置，而电池存在一定的燃爆风险，隐患较大；第二是该ups电源一般不能配置较大容量的电池，否则成本、体积都急剧增加，既然所配的电池容量有限，而飞轮转子由旋转状态到停转状态需要较长时间，少则几分钟，多则十几分钟等，该ups电源在一定程度上无法保证飞轮转子在停转之前的供电供应。因此，只采用基于电池的ups电源仍然存在核心控制板卡失电的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种飞轮供电系统及其控制方法，以避免飞轮运行过程中，飞轮控制装置的核心控制板卡失电。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种飞轮供电系统，其中，应用于飞轮控制装置，该飞轮供电系统包括：市电输入电路、直流母线电压输入电路、飞轮侧交流电压输入电路、超级电容输入电路以及电源分配系统；该市电输入电路、该直流母线电压输入电路、该飞轮侧交流电压输入电路和该超级电容输入电路分别与该电源分配系统相连；该市电输入电路用于提供市电电源；该直流母线电压输入电路用于将外设的飞轮储能装置的输出电压转变为直流，以提供给该电源分配系统；该飞轮侧交流电压输入电路用于将该飞轮储能装置输出的三相交流电压转变为直流，以提供给该电源分配系统；该超级电容输入电路用于提供直流电压；该电源分配系统用于根据该飞轮储能装置的飞轮转速，从该市电输入电路、该直流母线电压输入电路、该飞轮侧交流电压输入电路以及该超级电容输入电路中确定目标供电电路，以基于确定的该目标供电电路对该飞轮控制装置供电。
7.结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，当该飞轮储能装置的飞轮转速处于第一预设范围时，该电源分配系统将该市电输入电路或该直流母线电压输入电路确定为目标供电电路，基于该市电输入电路或该直流母线电压输入电路对该飞轮控制装置进行供电。
8.结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，当该飞轮储能装置的飞轮转速处于第二预设范围时，该电源分配系统将该飞轮侧交流电压输
入电路确定为目标供电电路，基于该飞轮侧交流电压输入电路对该飞轮控制装置进行供电。
9.结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，当该飞轮储能装置的飞轮转速处于第三预设范围时，该电源分配系统将该超级电容输入电路确定为目标供电电路，基于该超级电容输入电路对该飞轮控制装置进行供电。
10.结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该市电输入电路包括：第一交流电压输出电路和第二交流电压输出电路；该第一交流电压输出电路的输出电压幅值为110v；该第二交流电压输出电路的输出电压幅值为24v。
11.结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，该直流母线电压输入电路包括：第一直流稳压电源输出电路和第二直流稳压电源输出电路；该第一直流稳压电源输出电路的输出电压为110v；该第二直流稳压电源输出电路的输出电压为24v。
12.结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，该直流母线电压输入电路通过该飞轮储能装置的飞轮变流器的直流母线端子排与该飞轮储能装置相连；该直流母线端子排的电压范围为200v～800v。
13.结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，该飞轮侧交流电压输入电路包括：第一直流电压输出电路和第二直流电压输出电路；该第一直流电压输出电路的输出电压为110v；该第二直流电压输出电路的输出电压为24v。
14.结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，该超级电容输入电路包括：第三直流电压输出电路和第四直流电压输出电路；该第三直流电压输出电路的输出电压为110v；该第四直流电压输出电路的输出电压为24v。
15.第二方面，本发明实施例提供了一种飞轮供电系统的控制方法，其中，应用于第一方面至第一方面的第八种可能的实施方式任一项的飞轮供电系统，该方法包括：获取外设飞轮储能装置的飞轮转速；如果该飞轮储能装置的飞轮转速处于第一预设范围时，控制该电源分配系统将该市电输入电路或该直流母线电压输入电路确定为目标供电电路，基于该市电输入电路或该直流母线电压输入电路对该飞轮控制装置进行供电；如果该飞轮储能装置的飞轮转速处于第二预设范围时，控制该电源分配系统将该飞轮侧交流电压输入电路确定为目标供电电路，基于该飞轮侧交流电压输入电路对该飞轮控制装置进行供电；如果该飞轮储能装置的飞轮转速处于第三预设范围时，控制该电源分配系统将该超级电容输入电路确定为目标供电电路，基于该超级电容输入电路对该飞轮控制装置进行供电；如果该飞轮储能装置的飞轮转速处于预设的转速停止范围时，控制该飞轮供电系统停机。
16.本发明实施例带来了以下有益效果：
17.本发明实施例提供的飞轮供电系统及其控制方法，应用于飞轮控制装置，该飞轮供电系统包括：市电输入电路、直流母线电压输入电路、飞轮侧交流电压输入电路、超级电容输入电路以及电源分配系统；该市电输入电路、该直流母线电压输入电路、该飞轮侧交流电压输入电路和该超级电容输入电路分别与该电源分配系统相连；该市电输入电路用于提供市电电源；该直流母线电压输入电路用于将外设的飞轮储能装置的输出电压转变为直流，以提供给该电源分配系统；该飞轮侧交流电压输入电路用于将该飞轮储能装置输出的
三相交流电压转变为直流，以提供给该电源分配系统；该超级电容输入电路用于提供直流电压；该电源分配系统用于根据该飞轮储能装置的飞轮转速，从该市电输入电路、该直流母线电压输入电路、该飞轮侧交流电压输入电路以及该超级电容输入电路中确定目标供电电路，以基于确定的该目标供电电路对该飞轮控制装置供电。该飞轮供电系统通过电源分配系统进行目标供电电路的调配，从而确保飞轮转子在停转之前飞轮控制装置的核心控制板卡电力供应不间断。
18.本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
19.为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
20.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。
21.图1为本发明实施例提供的一种飞轮供电系统结构示意图；
22.图2为本发明实施例提供的另一种飞轮供电系统结构示意图；
23.图3为本发明实施例提供的一种电源分配系统结构示意图；
24.图4为本发明提供了一种飞轮供电系统的控制方法的流程示意图。
25.图标：11-市电输入电路；12-直流母线电压输入电路；13-飞轮侧交流电压输入电路；14-超级电容输入电路；15-电源分配系统；16-飞轮控制装置。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
27.现有技术，针对上述飞轮控制装置的核心控制板卡的供电方法通常采用基于电池的ups电源进行供电，该基于电池的ups电源包括市电电源以及电池电源，通常由市电电源进行供电，当市电电源掉电后转由电池电源进行供电。现有的基于电池的ups供电电源存在下述两个缺陷：第一是为保障供电时间，必须使用容量较大的蓄电池等电池装置，而电池容量较大时存在一定的燃爆风险，隐患较大；第二是该ups电源不能配置很大容量的电池，否则成本、体积都急剧增加，既然所配的电池容量有限，而飞轮转子由旋转状态到停转状态需要较长时间，少则几分钟，多则十几分钟等，该ups电源在一定程度上无法保证飞轮转子在停转之前的供电供应。因此，只采用基于电池的ups电源仍然存在核心控制板卡失电的问题。
28.基于此，本发明实施例提供了一种飞轮供电系统及其控制方法，该技术可以缓解上述技术问题，以避免飞轮运行过程中，飞轮控制装置的核心控制板卡失电。为便于对本实
施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种微动勘探方法进行详细介绍。
29.实施例1
30.如图1所示，为本发明实施例提供的一种飞轮供电系统结构示意图，该系统包括：市电输入电路11、直流母线电压输入电路12、飞轮侧交流电压输入电路13、超级电容输入电路14以及电源分配系统15；该市电输入电路11、该直流母线电压输入电路12、该飞轮侧交流电压输入电路13和该超级电容输入电路14分别与该电源分配系统15相连。
31.其中，该市电输入电路11用于提供市电电源；该直流母线电压输入电路12用于将外设的飞轮储能装置的输出电压转变为直流，以提供给该电源分配系统15；该飞轮侧交流电压输入电路13用于将该飞轮储能装置输出的三相交流电压转变为直流，以提供给该电源分配系统15；该超级电容输入电路14用于提供直流电压；该电源分配系统15用于根据该飞轮储能装置的飞轮转速，从该市电输入电路、该直流母线电压输入电路、该飞轮侧交流电压输入电路以及该超级电容输入电路中确定目标供电电路，以基于确定的该目标供电电路对该飞轮控制装置16供电。
32.这里，当该飞轮储能装置的飞轮转速处于第一预设范围时，该电源分配系统将该市电输入电路或该直流母线电压输入电路确定为目标供电电路，基于该市电输入电路或该直流母线电压输入电路对该飞轮控制装置进行供电；当该飞轮储能装置的飞轮转速处于第二预设范围时，该电源分配系统将该飞轮侧交流电压输入电路确定为目标供电电路，基于该飞轮侧交流电压输入电路对该飞轮控制装置进行供电；当该飞轮储能装置的飞轮转速处于第三预设范围时，该电源分配系统将该超级电容输入电路确定为目标供电电路，基于该超级电容输入电路对该飞轮控制装置进行供电。
33.在实际的操作中，飞轮储能装置的飞轮额定转速为10500rpm，工作转速为4000rpm～10500rpm，停机转速小于4000rpm。其中，上述飞轮转速的第一预设范围为4000rpm～10500rpm。进一步的，当市电输入电路掉电时，由该直流母线电压输入电路对该飞轮控制装置进行供电。进一步的，上述飞轮转速的第二预设范围为2000rpm～4000rpm；上述飞轮转速的第三预设范围为100rpm～2000rpm。
34.在其中一种可能的实施方式中，该市电输入电路包括：第一交流电压输出电路和第二交流电压输出电路；该第一交流电压输出电路的输出电压幅值为110v；该第二交流电压输出电路的输出电压幅值为24v。
35.在另一种可能的实施方式中，该直流母线电压输入电路包括：第一直流稳压电源输出电路和第二直流稳压电源输出电路；该第一直流稳压电源输出电路的输出电压为110v；该第二直流稳压电源输出电路的输出电压为24v。
36.在本实施例中，该直流母线电压输入电路通过该飞轮储能装置的飞轮变流器的直流母线端子排与该飞轮储能装置相连；该直流母线端子排的电压范围为200v～800v。
37.在其中一种可能的实施方式中，该飞轮侧交流电压输入电路包括：第一直流电压输出电路和第二直流电压输出电路；该第一直流电压输出电路的输出电压为110v；该第二直流电压输出电路的输出电压为24v。
38.进一步的，该超级电容输入电路包括：第三直流电压输出电路和第四直流电压输出电路；该第三直流电压输出电路的输出电压为110v；该第四直流电压输出电路的输出电压为24v。
39.为了便于理解，图2为本发明实施例提供的另一种飞轮供电系统结构示意图。该飞轮供电系统具体包括：市电220vac输入电路，符号为vac-1；直流母线电压输入电路，符号为vdc-1；飞轮侧电压输入电路，符号为vac-2；超级电容输入电路，符号为vdc-2。其中，该vac-1接入ac/ac电源生成交流电压vac-3，其中vac-1为交流电压，幅值220v；vac-3为交流电压，幅值220v；交流电压vac-3分别接入110v直流稳压电源生成电压110vdc输出-1和24vdc输出-1；该vdc-1分别接入两路dc/dc，分别生成电压110vdc输出-2和24vdc输出-2；其中，该vdc-1连接至飞轮变流器的直流母线端子排，电压范围200v～800vdc；第一路dc/dc为110v直流稳压电源，第二路dc/dc为24v直流稳压电源；该vac-2接入ac/dc生成直流电压vdc-3，其中电压vac-2为交流电压，幅值范围100～400vac，直流电压vdc-3幅值范围140～560vdc；直流电压vdc-3分别接入110v直流稳压电源生成电压110vdc输出-3和24vdc输出-3；该vdc-2接入dc/dc生成直流电压vdc-4，其中，vdc-2为直流电压，幅值范围11v～110vdc，直流电压vdc-4幅值范围110～220vdc；直流电压vdc-4分别接入110v直流稳压电源生成电压110vdc输出-4和24vdc输出-4。再者，飞轮控制装置为图中的：磁轴系控制单元、电控单元以及辅助监控单元。
40.进一步的，图3为本发明实施例提供的一种电源分配系统结构示意图。其中，上述飞轮供电系统生成四路110v和24v电压，分别为110vdc输出-1、110vdc输出-2、110vdc输出-3、110vdc输出-4和24vdc输出-1、24vdc输出-2、24vdc输出-3、24vdc输出-4，这八路电压的幅值大小关系分别设计如下：
41.110vdc输出-1》110vdc输出-2》110vdc输出-3》110vdc输出-4
42.24vdc输出-1》24vdc输出-2》24vdc输出-3》24vdc输出-4
43.由于二极管具有单向导电性，这八组二极管的输入端电压高者优先导通，即导通顺序分别如下设计，如此可实现八路电源的分别接入飞轮控制装置。
44.本发明实施例提供的飞轮供电系统，应用于飞轮控制装置，该飞轮供电系统包括：市电输入电路、直流母线电压输入电路、飞轮侧交流电压输入电路、超级电容输入电路以及电源分配系统；该市电输入电路、该直流母线电压输入电路、该飞轮侧交流电压输入电路和该超级电容输入电路分别与该电源分配系统相连；该市电输入电路用于提供市电电源；该直流母线电压输入电路用于将外设的飞轮储能装置的输出电压转变为直流，以提供给该电源分配系统；该飞轮侧交流电压输入电路用于将该飞轮储能装置输出的三相交流电压转变为直流，以提供给该电源分配系统；该超级电容输入电路用于提供直流电压；该电源分配系统用于根据该飞轮储能装置的飞轮转速，从该市电输入电路、该直流母线电压输入电路、该飞轮侧交流电压输入电路以及该超级电容输入电路中确定目标供电电路，以基于确定的该目标供电电路对该飞轮控制装置供电。该飞轮供电系统通过电源分配系统进行目标供电电路的调配，从而确保飞轮转子在停转之前飞轮控制装置的核心控制板卡电力供应不间断。
45.实施例2
46.在图1所示的飞轮供电系统的基础上，本发明还提供了一种飞轮供电系统的控制方法，该方法应用于实施例1中的飞轮供电系统。由图4所见，为本发明提供了一种飞轮供电系统的控制方法的流程示意图，该方法包括下述步骤：
47.步骤s401：获取外设飞轮储能装置的飞轮转速。
48.步骤s402：如果该飞轮储能装置的飞轮转速处于第一预设范围时，控制该电源分
配系统将该市电输入电路或该直流母线电压输入电路确定为目标供电电路，基于该市电输入电路或该直流母线电压输入电路对该飞轮控制装置进行供电。
49.在实际的操作中，当市电输入电路掉电时，由该直流母线电压输入电路对该飞轮控制装置进行供电。
50.步骤s403：如果该飞轮储能装置的飞轮转速处于第二预设范围时，控制该电源分配系统将该飞轮侧交流电压输入电路确定为目标供电电路，基于该飞轮侧交流电压输入电路对该飞轮控制装置进行供电。
51.步骤s404：如果该飞轮储能装置的飞轮转速处于第三预设范围时，控制该电源分配系统将该超级电容输入电路确定为目标供电电路，基于该超级电容输入电路对该飞轮控制装置进行供电。
52.步骤s405：如果该飞轮储能装置的飞轮转速处于预设的转速停止范围时，控制该飞轮供电系统停机。
53.在本实施例中，该飞轮储能装置的飞轮额定转速为10500rpm，工作转速为4000rpm～10500rpm，停机转速小于4000rpm。其中，上述飞轮转速的第一预设范围为4000rpm～10500rpm。进一步的，当市电输入电路掉电时，由该直流母线电压输入电路对该飞轮控制装置进行供电。进一步的，上述飞轮转速的第二预设范围为2000rpm～4000rpm；上述飞轮转速的第三预设范围为100rpm～2000rpm。进一步的，上述预设的转速停止范围为飞轮转速处于100rpm以下时，此时飞轮系统已经安全统计，允许核心控制板卡掉电。
54.本发明实施例提供的飞轮供电系统的控制方法，该方法包括：获取外设飞轮储能装置的飞轮转速；如果该飞轮储能装置的飞轮转速处于第一预设范围时，控制该电源分配系统将该市电输入电路或该直流母线电压输入电路确定为目标供电电路，基于该市电输入电路或该直流母线电压输入电路对该飞轮控制装置进行供电；如果该飞轮储能装置的飞轮转速处于第二预设范围时，控制该电源分配系统将该飞轮侧交流电压输入电路确定为目标供电电路，基于该飞轮侧交流电压输入电路对该飞轮控制装置进行供电；如果该飞轮储能装置的飞轮转速处于第三预设范围时，控制该电源分配系统将该超级电容输入电路确定为目标供电电路，基于该超级电容输入电路对该飞轮控制装置进行供电；如果该飞轮储能装置的飞轮转速处于预设的转速停止范围时，控制该飞轮供电系统停机。该方法通过该飞轮供电系统通过电源分配系统进行目标供电电路的调配，从而确保飞轮转子在停转之前飞轮控制装置的核心控制板卡电力供应不间断。
55.另外，在本发明实施例的描述中，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。
56.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。