具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的可能的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文已经通过附图描述的实施例。通过参考附图描述的实施例是示例性的，用于使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面，而不能解释为对本发明的限制。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本发明的特征是非必要技术的，则可能将这些技术细节予以省略。

相关领域的技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及该技术方案如何解决上述的技术问题进行详细说明。

本发明申请提供的基于飞轮的电力调频系统，连接在电网上，如图1所示，包括飞轮100、双定子电机200和变频器300。该系统中自然包括其他的零部件或者电气元件，例如飞轮100的安装支架，包括轴承、连接轴等，还如电力调频系统的控制器和存储器等。

飞轮100与双定子电机200的转子传动连接，双定子电机200的外定子210 与电网通过开关连接；双定子电机200的内定子230通过变频器300与电网连接。如图3所示，飞轮100与双定子电机200的转子220通过传动轴连接，通过传动轴实现双定子电机200的能量传递到飞轮100，或者飞轮100上的机械能传递到双定子电机200，带动双定子电机200发电生成电能。通过变频器300，调整双定子电机200的输出频率，以便于与电网系统相匹配。

本发明申请提供的基于飞轮的电力调频系统将飞轮储能单元和双馈技术有机结合在一起，可通过双定子电机200的外定子210直接并网，能够实时在线感受电力系统的功率是否平衡，通过对变频器300的控制，使得内外定子210 向电力系统吸收或者释放无功或者有功功率，来对电网中出现的不平衡功率进行调节，从而实现电网调频和调相的作用。

可选的，在本发明申请一个实施例的一种具体实现方式中，如图1所示，变频器300包括机侧变流器、电容和网侧变流器；机侧变流器与双定子电机200 的内定子230电连接，网侧变流器与电网电连接；电容分别与机侧变流器和网侧变流器并联。

可选的，在本发明申请一个实施例的另一种具体实现方式中，如图2所示，机侧变流器为AC/DC整流器，网侧变流器为双向DC/AC变流器。

可选的，在本发明申请一个实施例的又一种具体实现方式中，如图4所示，外定子210的周向内侧壁上均匀设有若干个第一绕组槽211，相邻两个第一绕组槽211之间的槽壁上设有外定子绕组212。可选的，第一绕组槽211为扇形槽。例如第一绕组槽211可以是16个，外定子绕组212为16个。

可选的，在本发明申请另一个实施例的一种具体实现方式中，如图4所示，内定子230的周向设有若干个第二绕组槽231，第二绕组槽231包括扇形槽体 231a和矩形槽口231b，扇形槽体231a通过矩形槽口231b与内定子230的外壁连通；相邻两个扇形槽体231a之间的槽壁上设有内定子绕组232。例如第二绕组槽231为6个，内定子绕组232为6个。

可选的，在本发明申请一个实施例的一种具体实现方式中，如图4所示，双定子电机200的转子220为嵌套环式转子结构。双定子电机200的转子220 采用嵌套环式转子结构，两个定子各含一套定子绕组，并且该两套定子绕组彼此不直接电耦合，两套定子绕组的端口的能量均可以双向流动。设ω₁、ω₂、ω_r分别为外定子绕组电流角频率、内定子电流角频率、飞轮和转子机械角频率， p₁、p₂为外定子绕组极对数和内定子绕组极对数，显然嵌套环式转子的极对数为 p₁+p₂。

在启动与加速阶段，飞轮系统启动时，能够控制基于飞轮的电力调频系统的并网控制系统控制开关S1断开，此时相当于一个变频调速异步电机带着飞轮和转子加速，直到飞轮和转子角速度ωr达到预先设定值。

在放电稳频阶段，飞轮和转子角速度ω_r达到上述的预先设定值后，由电流角频率关系式：ω₁＝ω_r(p₁+p₂)-ω₂可知，为使得能直接与电网Grid实现并网，ω1必须和电网频率ω_电一致，即存在ω_电＝ω_r(p₁+p₂)-ω₂。通过在并网控制中增加频率控制环节，调整ω₂，来使得上式满足相等关系。飞轮和转子中储存着大量的旋转动能，使飞轮系统具有类似同步发电机的惯量响应作用。比如，若此时用电负荷增大，ω_电有下降趋势，可以通过降低ω₂，使得飞轮系统外定子的ω₁恒等于ω_电，此过程中飞轮系统向电网馈电。

当电网频率上升/下降时，通过P-F下垂曲线，得到飞轮100的输入/输出功率后，控制本发明申请提供的基于飞轮的电力调频系统中的飞轮系统的内定子 230迅速动作，此时飞轮和电机处于亚同步电动运行/超同步发电运行，与电网连接的外定子210和内定子230一起吸收/发出功率，为电网频率调节提供了很好的有功支撑。具体为：

当电网频率上升时，根据图5所示的P-f(有功-频率)曲线，此时频率上升，表明基于飞轮的电力调频系统的负荷较轻，需减少电网的有功Pe，向飞轮系统发出控制指令，使双定子电机200处于亚同步电动运行，带动飞轮系统加速，飞轮系统吸收电网多余的电量，抑制电网频率进一步上升。

当电网频率下降时，根据图5所示的P-f曲线，此时频率下降，表明基于飞轮的电力调频系统的负荷加重，需向电网系统增加有功Pe，向飞轮系统发出控制指令，使双定子电机200处于超同步发电运行状态，飞轮系统减速，飞轮系统向电网提供有功，抑制电网频率的进一步下降。

本发明申请所采用的双定子电机200相比普通双馈电机相比较，都含有两个电气接口，每个定子上各含有一个电气接口，但相比于普通双馈电机，内外定子210的磁场分离，没有强耦合，在对电机进行控制时，可以更加方便对其进行解耦分离，使得整个系统的控制精度远远大于普通双馈电机，使得系统的鲁棒性大大增加。

本发明提供的基于飞轮的电力调频系统通过将飞轮100与双定子电机200 以及变频器300连接，构成一个能够同时进行电力调频和调相的系统，能替代火力发电中的调频机组，很好的利用飞轮100储能的大惯量以及快速响应的特点，从电力系统吸收或者释放无功/有功功率，对电网进行稳定的频率调节作用，实现快速调频和调相的同时，还能减少碳排放。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，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申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。