[發明專利]一種飛輪脈沖電源大慣量負載特性模擬裝置

在審

• 申請號: 202110963101.9
• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113687161A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 張劍;溫旭輝;李文善;彭萌;顏朝鵬;高雪飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R31/40
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種飛輪脈沖電源大慣量負載特性模擬裝置，無需依賴于轉矩傳感器且不需要附加安裝輔助飛輪盤，以滿足被測試充能電機加速時間最短的測試需求為約束條件，通過對模擬裝置轉矩、轉速隨時間變化率的設計，實現模擬裝置對飛輪脈沖電源系統大慣量負載特性較為精確的模擬?；谒岢龅拇髴T量負載特性模擬的裝置及模擬方法，可以為飛輪脈沖電源系統的充能電機的穩態、動態性能驗證及控制策略優化提供便利的測試條件，縮短飛輪脈沖電源系統這類大慣量飛輪儲能系統充能電機性能測試時間。

技術領域

本發明涉及一種飛輪脈沖電源大慣量負載特性模擬裝置。

背景技術

飛輪脈沖電源是利用大慣量飛輪實現儲能、可以短時輸出大功率電能為負載供電的一類特殊電源系統，用途十分廣泛。飛輪脈沖電源主要由飛輪充能電機、飛輪和發電機組成，其工作過程可以劃分為充能和釋能兩個階段，充能階段通過充能電機拖動飛輪加速轉動來儲存機械能，釋能階段通過發電機將飛輪儲存的機械能對外快速釋放，單套機組可以實現百兆瓦級的脈沖功率輸出?；陲w輪儲能的脈沖功率電源系統通過充能電機拖動飛輪加速轉動來實現機械能量到電能的轉換和存儲，充能電機一般采用異步電機、同步電機等交流電機，與飛輪和發電機同軸安裝，充能電機作為飛輪儲能系統中實現電能與機械能之間相互轉換的核心部件，其性能直接影響著整個飛輪儲能系統的性能。通過充能電機的升速實現飛輪充能的過程作為飛輪脈沖電源放電前的必備前置環節，該階段耗時長短是影響飛輪脈沖電源輸出電能快速性的重要因素，為實現脈沖電源系統快速輸出，對充能電機充能速度的考核成為一種特定的需求。

飛輪脈沖電源系統在體積能量比和能量轉換效率上具有較好的優勢，但是大慣量飛輪脈沖電源系統由于飛輪盤的存在，使得整套設備體積、質量很大，實驗過程中容易產生強振動與噪聲，一旦出現機械故障，可能會對周邊設備和人員安全造成極大威脅，上述問題造成大慣量飛輪系統在原理驗證階段存在試驗周期長、試驗成本高等棘手問題。在帶飛輪進行脈動電源系統整機測試之前進行臺架模擬測試，是對飛輪系統充能電機進行動靜態性能驗證的有效手段。對于飛輪脈沖電源性能研究的室內試驗臺而言,一項關鍵的技術是如何真實地模擬真是飛輪的轉動慣量，轉動慣量的精確模擬是實現試驗臺架工況與飛輪脈沖電源系統實際運行工況的一致的前提條件。

目前慣性試驗臺主要有兩種類型，飛輪機械慣量模擬與電慣量模擬。機械慣量模擬試驗臺雖然控制簡單但存在著臺架結構龐大、慣量模擬精度差且慣量模擬不連續等問題，純機械慣量模擬試驗臺已逐漸不能滿足試驗要求。隨著計算機技術及電機控制技術的進步，電慣量模擬試驗臺得到了快速的發展，在試驗過程中通過對負載模擬電機的輸出力矩和轉速的控制實現對對轉動慣量的補償，使試驗系統動力特性逼近理想的飛輪系統，與純機械慣量模擬相比，電慣量模擬試驗臺可實現試驗慣量精確匹配。