[發明專利]一種直驅式重力儲能系統及其優化方法

在審

• 申請號: 202211735399.9
• 申請日: 2022-12-31
• 公開（公告）號: CN116505666A
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 張潤濤;王向東;郝曉光;張志猛;李子璠
• 申請（專利權）人: 國網河北省電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司;國網河北能源技術服務有限公司
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00;G06F30/17;H02J3/28;H02P21/00;F03G3/00;H02K7/18;H02K7/14;H02K7/10
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務所(普通合伙) 11689
• 代理人: 王萍

1.一種電機直驅式重力儲能系統，包括：電機，機械傳動結構；電機轉子與機械傳動結構同軸相連；其特征在于：

電機直驅式重力儲能系統包括：變流器；電機經變流器并網；根據電機的電磁轉矩、定子磁鏈以及定子側dq軸電壓，確定定子磁鏈所在的扇區；查詢扇區開關狀態表確定變流器的PMW調制電壓；根據PMW調制電壓控制變流器開關管的導通或關斷狀態進行定子磁鏈定向，實現電機的低頻調速控制。

2.根據權利要求1所述的電機直驅式重力儲能系統，其特征在于：

電機直驅式重力儲能系統還包括：支撐結構；

當電機布置在支撐結構的上方時構成電機高置式重力儲能系統，當電機布置在支撐結構的下方時構成電機低置式重力儲能系統。

3.根據權利要求2所述的電機直驅式重力儲能系統，其特征在于：

電機高置式重力儲能系統中，機械傳動結構包括：絞盤，制動器，鋼繩，重物；其中，絞盤與制動器同軸相連，絞盤通過鋼繩與重物相連，并且絞盤和制動器也布置在支撐結構的上方。

4.根據權利要求2所述的電機直驅式重力儲能系統，其特征在于：

電機低置式重力儲能系統中，機械傳動結構包括：絞盤，制動器，鋼繩，重物，滑輪；其中，絞盤與制動器同軸相連，絞盤通過鋼繩與滑輪相連，鋼繩上固定重物，并且絞盤和制動器也布置在支撐結構的下方，滑輪吊裝在支撐結構內。

5.根據權利要求1所述的電機直驅式重力儲能系統，其特征在于：

變流器包括：機側換流器，網側換流器；電機轉子經機側換流器和網側換流器接入電網，電機轉子還接入電機轉速傳感器；

機側換流器連接機側換流器控制器和電磁轉矩控制器，網側換流器連接網側換流器控制器和直流電壓/電網無功控制器。

6.根據權利要求5所述的電機直驅式重力儲能系統，其特征在于：

通過電機轉速傳感器電機的定子三相電壓u_{s_abc}、定子三相電流i_{s_abc}以及轉子角速度ω_r；電網的三相電壓u_{c_abc}和三相電流i_{c_abc}輸入至并網控制器，并網控制器分別向網側換流器控制器輸入網側無功給定值向機側換流器控制器輸入電磁轉矩給定值網側換流器控制器向直流電壓/電網無功控制器輸入網側d軸電流i_{g_d}和網側q軸電流i_{g_q}；機側換流器控制器向電磁轉矩控制器輸入定子側d軸電流i_{s_d}和定子側q軸電流i_{s_q}；

同時，網側三相電壓u_{g_abc}、網側三相電流i_{g_abc}和電網角速度ω_c輸入至網側換流器控制器；直流電壓/電網無功控制器向網側換流器輸入PWM調制電壓，控制網側換流器中開關管的導通或關斷狀態；電磁轉矩控制器向機側換流器輸入PWM調制電壓，控制機側換流器中開關管的導通或關斷狀態。

7.根據權利要求6所述的電機直驅式重力儲能系統，其特征在于：

根據電機轉速傳感器采集得到的電機的電壓電流和轉速，得到電磁轉矩T_e和定子磁鏈Ψ；將電磁轉矩T_e和定子磁鏈Ψ與對應給定值的差經過PI調節器得到定子側dq軸電壓U_{s_d}和U_{s_q}，將定子側dq軸電壓U_{s_d}和U_{s_q}合成為電壓矢量的給定值，通過Clark反變換和Clark變換將U_{s_d}和U_{s_q}變換至αβ坐標系后進行扇區判定，得到定子磁鏈所在的扇區；通過對應的扇區開關狀態表得到可以合成PMW調制電壓的兩個基本電壓矢量和對應的零矢量長度，通過控制三相橋臂上的三組開關管按照對應電壓矢量和零矢量的分布進行開通和關斷實現定子磁鏈定向，從而實現對電機轉矩的低頻調速控制。