[发明专利]一种基于真空飞轮储能的能量回收装置及其能量回收方法

权利要求书

1.一种基于真空飞轮储能的能量回收装置，其特征在于：包括双向DC/AC变换器和真空储能飞轮，双向DC/AC变换器分别与变频系统直流母线及真空储能飞轮连接；

所述的双向DC/AC变换器包括中央处理单元和整流/逆变单元以及外围辅助电路；中央处理单元包括微处理器、直流母线电压采集电路和真空储能飞轮转速采集电路，直流母线电压采集电路的输入端与变频系统直流母线相连接，真空储能飞轮转速采集电路的输入端与安装在真空储能飞轮上的转速传感器相连接，直流母线电压采集电路的输出端以及真空储能飞轮转速采集电路的输出端分别与微处理器的输入端相连，微处理器通过采集的直流母线电压判断变频系统的工作状态，同时根据变频系统的工作状态以及真空储能飞轮当前转速，输出PWM信号实现对真空储能飞轮的控制；

整流/逆变单元与中央处理单元、变频系统直流母线以及真空储能飞轮内部的盘式交流电机相连接；中央处理单元与整流/逆变单元、变频系统直流母线以及真空储能飞轮内部各检测电路相连接，用于接收和反馈真空储能飞轮各参数信号，同时监测变频系统直流母线，并控制整流/逆变单元输出不同频率的交流电源用于驱动真空储能飞轮内部盘式交流电机或将真空储能飞轮内部盘式交流电机发电时产生的交流电整流并回馈母线。

2.根据权利要求1所述的基于真空飞轮储能的能量回收装置，其特征在于：整流/逆变单元包括IGBT开关元件和硅整流器件，IGBT开关元件在微处理器输出的PWM信号的作用下实现逆变输出，硅整流器件并联在IGBT开关元件与变频系统直流母线之间，用于将真空储能飞轮释放的交流电整流并溃入变频系统直流母线。

3.根据权利要求1所述的基于真空飞轮储能的能量回收装置，其特征在于：所述真空储能飞轮包括飞轮壳体、盘式交流电机、飞轮惯性体、真空系统、润滑系统和飞轮外围辅助检测传感器，飞轮惯性体与盘式交流电机共轴安装在飞轮壳体内；真空系统包括真空泵和负压开关；润滑系统包括润滑油泵和油压开关；飞轮外围辅助检测传感器与中央处理单元的输入端相连，飞轮外围辅助检测传感器包括电机线圈温度检测传感器、轴承温度检测传感器和轴振动检测传感器；真空储能飞轮的能量补充和能量释放均由双向DC/AC变换器进行控制。

4.根据权利要求1所述的基于真空飞轮储能的能量回收装置，其特征在于：所述变频系统的工作状态包括待机状态、驱动电机做功状态以及对电机进行制动的状态。

5.一种使用权利要求1所述的基于真空飞轮储能的能量回收装置进行能量回收的方法，其特征在于，包括如下步骤： 

1）一种使用基于真空飞轮储能的能量回收装置在使用时，当中央处理单元监测到变频系统直流母线电压达到预设上限阈值时，即该预设阈值接近但并不超过变频系统制动单元启动能耗电阻的阈值，同时监测真空储能飞轮转速，若真空储能飞轮未达到最高负荷转速，则启动DC-AC流程，利用变频系统直流母线上的能量向最高负荷转速驱动真空储能飞轮内部的盘式交流电机，使真空储能飞轮自变频系统直流母线吸收能量；

2）当中央处理单元监测到变频系统直流母线电压低于预设下限阈值时，即该预设阈值接近但并不低于电网电源经变频器整流进入直流母线的电压值，同时监测真空储能飞轮转速，若真空储能飞轮已超过最低负荷转速，则启动AC-DC流程，向最低负荷转速制动真空储能飞轮内部的盘式交流电机，使真空储能飞轮向变频系统直流母线释放能量，驱动负载工作；

3）当中央处理单元监测到变频系统直流母线电压达到预设上限阈值且真空储能飞轮转速达到或超过最高负荷转速时，则进入待机状态；

4）在步骤3）中，若母线电压继续上升，将由变频系统的制动单元启动能耗电阻，消耗多余能量；

5）当中央处理单元监测到变频系统直流母线电压低于预设下限阈值且真空储能飞轮转速低于最低负荷转速，则进入待机状态；

6）在步骤5）中，若母线电压继续下降，则经变频器整流后的电网直流进入变频系统，驱动负载工作。