节能环保的飞轮储能型UPS

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曲学基 u l执行主编》本千

0引言飞轮用于储能已有数千年历史，从古老的纺车，到工业革命时的蒸汽机，主要是利用它的惯性来均衡转速和闯过“点”,但是利用惯性来维持死均衡转速的时间非常短，虽然在非常短的时间内飞轮的耗能非常小，可以忽略，但是 UP供电系统往 S往需要几十分钟至几小时延迟时间，此时若用飞轮来维持均衡转速，其耗能是非常巨大的。转动角频率为0、转动惯量为的飞轮的能量为 9E: 2 ( 1)、’

之后，仍有 2%的能量被损耗。为了维持飞轮的 5

均速转动，需要补充被消耗的能量，显然这是不满足高效储能要求的。 从式 () 1中可以看出，飞轮转动时动能与飞轮的转动惯量成正比。而飞轮的转动惯量又正比于飞轮的直径和飞轮的质量。直径大、质量重的飞轮在高速旋转时，受到极大的离心力作用，往超会往过飞轮材料的极限强度，很不安全。飞轮转动是

利用内置电动机带动而高速旋转的，转速必将受到飞轮尺寸和重量的限制，这使得传统飞轮是无法用于 UP之中的。 S 近年来，飞轮储能型 UPS次被提到议事 再日程上来，成为绿色节能型的、具有竞争力的 UP是基于高能永磁及高温超导、电力电子、新 S材料、真空等技术的发展，也缘于蓄电池储能型 UP S中的蓄电池在生产、运行和报废后处理中造

能量主要消耗在轴承摩擦和空气阻力。通

过改变轴承结构，如利用滚动轴承、液体动压轴承、气体动压轴承等来减小轴承摩擦力，通过将飞轮置于真空中来减小空气阻力，经过如此努力

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成环境污染以及其他性能上的缺失。

1磁悬浮飞轮储能型 U S电源 P系统的工作原理图 1飞轮储能型 UP的主电路原理图。为 S从图1中可以看出，飞轮储能型 UP的主电路 S由 AC DC变换器、DC AC变器、电机变换器、//逆 永磁无刷直流电机和飞轮等组成。和蓄电池储能

型 UPS比，没有了蓄电池，增加了电机变换 相器、永磁无刷直流电机和飞轮

。 在市电正常情况下，市电经过输入接触器和输出接触器直接给负载供电。在市电断电时，飞轮从充电状态转变为放电转态，以惯性维持高速旋转，经 AC D I C变换器和 DC AC变器得到交流/逆

电能，再通过滤波器得到高质量的 5交流输 0HZ出，为负载供电。 作为储能器的飞轮实际上是磁悬浮飞轮。磁悬浮飞轮的结构图如图 2所示。飞轮是在超导磁悬浮原理基础上构成的。

将一块永磁体的一个极对准并接近超异体时，超导体上便产生了感应电流。该电流产生的磁场刚好与永磁的磁场相反，于是二者便产生了斥力。由于超导体的电阻为零，感生电流强度将维持不

变。若永磁体沿垂直方向接近超导体，永磁体将悬空停在自身重量等于斥力的位置上，而且对上下左右的干扰都产生抗力，干扰力消除后仍能回到原来位置，从而形成稳定的磁悬

浮。利用超导这一特性，把具有一定质量的

飞轮放在永磁体上边，飞轮兼作电机转子。当电网正常工作时，永磁无刷直流电机作为

电动机用，飞轮储能，将电能转变为机械能；当电网断电时，飞轮降速放能，将机械能变换为电能。机械能/电能的变换是通过

电机变换器来实现的。超导体是由钡钇铜合金制成，并用液氮冷却至7 K飞轮由碳纤 7。维材料制成，置于空气隔离护甲内，内腔的

真空度为 1 I乇量级。由于飞轮转动不再采 8 0用轴承，且在高真空下没有空气的阻力，这种飞轮能耗极/\ J,每天仅耗掉储能的2。% 图3为磁悬浮飞轮储能型 UP电源系统 S的工作原理框图。它实际上是在线式 UP S

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供电系统。当电网正常供电时，磁悬浮飞轮储能型 UP供电系统的工 S作状态与蓄电池储能型 UP基本相 S同，只是蓄电池储能型 UP在给负 S载提供高质量的交流功率的同时，

AC/ 流器给蓄电池充电，蓄 DC整电池储能。而在磁悬浮飞轮储能型

UPS中，没有了蓄电池，UPS的 交流输出带动电动机，飞轮加速储

能。当电网中断供电时，飞轮

减速释放能量，经电机变换器和 D AC C/ 逆变器，为负载提供交流电能。飞轮减速释放能量维持 DC AC逆变器/正常工作的时间可达 1 s 以上，这对 5柴油发电机达到稳定工作已经足够了。这段时间的时序图见图4 。从图 3可以看出，在 UP电源系统和柴油发中 S电机启动成功率达到 5倍。 0

电机之间有一个 Ge S AR产品 ( T T n可选配置 ),叫做增强型发电机启动模块，它相当于一个整流设

2磁悬浮飞轮储能型 U S电 P供系统的特点目前，在蓄电池储能型 UP供电系统中，应 S用较多的是铅酸蓄电池，所以在讨论磁悬浮飞轮储能型 UP供电系统的特点时，是与铅酸蓄电池储能 S型 UP相比较。两者比较主要涉及技术性能、可靠 S性、可用性、环保性和经济性等几个方面。1技术性能 )

备，从 UP S电源系统获得一个交流的能量，为柴油发电机提供高达 17 5培 (4 DC的备份用的 2安 2 V )

启动电流，这样与原有负责柴油发电机启动的蓄电池组提供的启动电流形成启动电流 1的冗余备+1份关系，因此提高了油机自动启动的可靠性，从

而大大提高了油机发电系统以及整个供电系统的可靠性和安全性。通过在 UP供电系统和柴油发 S

电机之间加装 Ge S AR产品，可以提高柴油发 T T n

表 1出了飞轮储能和蓄电池储能的 UP的技给 S

机组肩动，电压稳定

U卡 S口 P锁 (最坏情况 )

U入 接 P 5发电机组 (时问可i )周

发电机组供电U电 P允 S

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入功率因数，消除了对电网的污染。

5经济性 )

( )轮储能型 UPS电系统占 1飞 供地面积小。以美国 AC i e O tV P We公 r

司所研发的集成飞轮 UPS源的模块 电化供电系统“ O u e P We HO ”为例： r S P We H u e飞轮储能型 UP为核 O O S以 r S心部件，并将柴油机组、AT切换柜、 S 开关配电柜及监控系统等部件集成在标准集装箱内(图 5示 )如所，形成可持续供

电的不间断电源系统。它的容量从 2 0 0 V 0—8 0 A,可随用户需求扩容。 k 与相同容量的蓄电池储能型 UP供电系 S

统相比较，至少可节省 2%的占地面积。 0 (飞轮储能型 UPS供电系统的效率可达 2) 9 8%,在轻载 ( 20%~3 )境下，也能够 0%环达到 96以上的系统效率。而蓄电池储能型高 %频机 UPS电系统的效率可以做到 9 供 5%,在轻载 ( )境下也可达到 9 5 0%环 5%左右，而在轻载 ( 0一3%)境下，采用休眠功能也可保持较 2% 0环高的效率。应用飞轮储能型 UP供电系统可以大 S

可达 2年以上。蓄电池的维护和更换需一笔相当 0高的费用。飞轮储能型 UP供电系统在 2年工作 S O寿命期内，不仅省去了购置蓄电池的费用，还省去了蓄电池的维护和更换费用。 () 5飞轮储能型 UP供电系统通常只需要以下 S维护：每隔 3—6月，清洗空气滤网一次；每隔个

3—5,更换飞轮轴承一次；每隔 1,更换真年年空泵机油一次。以上维护项目能很方便地在现场完成，一般只需要几分钟到几十分钟。简单方便

大节省了 UP供电系统的运行成本。若两种供电 S系统均为 5 0 V 0 k A相同容量，按 1 k h电价计元/ W的算，采用飞轮储能型 UP供电系统每年可节省电 S

的维护工作也为飞轮储能型 UP供电系统节省了 S费用。

费 1万元。若与工频机型 UP相比较，则每年可 3 S节省电费 1 0万元。 余 3 ( )用蓄电池储能型 UP供电系统时，蓄 3采 S电池的工作环境温度 (电后 ) 0 …… 此处隐藏：1991字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……