飞轮储能技术的UPS系统
飞轮储能技术的UPS系统
飞轮储能技术的UPS系统随着社会信息化和自动化程度的提高，对电网供电可靠性的要求越来越高，为了确保安全，具有一定容量，其电压和频率稳定的不间断交流电源UPS(uninterruptible power supply)被广泛用作各种关键设备的备用电源。
传统的UPS用化学蓄电池作为储能单元，因其储能密度大，价格低廉而被广泛采用，但它需要定期维护、寿命短、充电时间长，还会给环境带来污染。
目前，飞轮储能技术得到了较快的发展。
飞轮储能是通过能量转换系统把电能或者其他形式的能量以机械能方式储存在高速旋转的飞轮中，当需要释放能量时，飞轮转速降低，可以把储存在飞轮中的机械能转换为电能或者其他形式的能量。
高速旋转的飞轮具有高比能量、长寿命、高效率、无污染等特性，在航天器中得到广泛应用。
本文简述了基于飞轮储能技术的UPS系统的拓扑结构，研究了高速飞轮充放电方式的控制策略。
通过飞轮转动的稳定性分析，进行了充电曲线的优化设计；采用智能复合控制方法，使飞轮转速很好地跟踪设定的优化充电曲线；根据电机升压斩波能量回馈原理，控制直流母线电压恒定，再逆变为交流电的控制策略，最后给出系统实验结果。
1.飞轮储能系统飞轮储能系统是由高速飞轮、磁轴承系统、永磁电动／发电机、能量转换控制系统以及附加设备(真空罩，辅助机械轴承等)组成，它是以高速旋转的飞轮质体作为机械能量储存的介质，利用电动／发电机和能量转换控制系统来控制能量的输入和输出飞轮储能技术是新兴的电能储存技术，它与超导储能技术、燃料电池技术一样，都是近年来出现的有很大发展前景的储能技术。
虽然目前化学电池储能技术已经发展得非常成熟，但是化学电池储能技术存在着诸如充放电次数的限制、对环境的污染严重以及对工作环境温度高等问题。
这样就使新兴的储能技术越来越受到人们的重视，尤其是飞轮储能技术，已经开始越来越广泛地应用于国内外的许多行业中。
飞轮储能最基本的工作原理是将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来，当外界需要电能时，通过发电机将飞轮的动能转化为电能，输出到外部负载。
飞轮发电车资料
一、概述：飞轮发电车即磁飞轮UPS应急系统，又叫磁飞轮储能式发电车。
据介绍为目前最先进的发电车。
本身集成UPS功能与发电机功能，整台发电车就像一个UPS 蓄电池，能够提供优质的电能。
“一般发电车在与市电转换对接时会有零点几秒的‘间隙’，但这对于重要负荷是致命的，容易出现闪断现象，而磁飞轮储能式发电车就可以确保‘无缝对接’。
”二、工作原理：采用基于真空磁悬浮的飞轮储能技术，在真空环境中，利用飞轮旋转所储存的动能，持续转化成电力，为关键负载提供不间断的电力保障。
目标是取代传统意义的蓄电池UPS。
三、与普通发电车的对比：优势：1、节约能源、更加环保：普通发电车在执行供电保障工作时需要一直处于“热备用”状态，发电机组始终是运行的，而这种飞轮发电车可以先将发电机组处于“冷备用”状态，用户内部一旦发生电源波动或中断的问题，该车将首先由飞轮运行发电，同时向发电机组发出紧急启动命令，这样就可以节约能源，非常的环保。
2、操作简便：在执行任务时只需一名技术人员即可完成供电保障工作。
车顶配有发散形消音器，车身内壁铺有吸音板，可以有效减少噪声。
如果该车加入了二次ATS系统，可实现了两台车的联合使用，提高了供电容量及供电可靠性。
3、机动性，因飞轮发动车是由卡车装载，所以其机动性比较明显。
劣势：1、飞轮的应急时间（供电时间）通常为几十秒钟。
这对发电机从”冷备用”到“热启动”时间要求比较高。
2、飞轮发电车备用电力不足，即：发电车出现问题后供电会出现电力不足的情况。
（待核实，当时迟主任讲为8台，须进一步核实）3、如果加入了二次ATS系统则对稳定性又增加了不确定因素，两次转换势必给整个系统的稳定性带来影响。
4、目前在山东的大型活动使用尚属首次，操作人员及现场人员对飞轮发电车的使用不甚了解。
3月19日烟台电力公司人员刚开始接触。
而我司的柴油发电机为我们自己安排技术人员，对自己的产品有着非常熟练的操作和认知，可迅速应对突发情况的发生。
磁悬浮飞轮储能设备在UPS系统中的应用研究
礴黼舞嚣 乏
磁 悬 浮 飞 轮 储 能 设 备 在 ＵＰ Ｓ系 统 中 的 应 用 研 究
陈 凤， 成 彬 ， 王 涛 ， 邢 峰 ２００ １０ ６） （ 江苏省邮电规划设计 院有 限责任公 司， 江苏 南京
摘 要 ： 悬浮飞轮储 能设 备是 指在 磁悬浮真 空环 境下通 过 高速运 转 的飞轮 来储 存 能量的装 置， 有能耗低 、 磁 具 无污染 和 寿命 长等优 点 ， 在后备 油机及 高低 压配电 系统能快速响 应的前提 下 可完全替代 铅酸 蓄 电池作 为 ＵＰ Ｓ系统 的新型后 备 电源。 目前 ， 该技 术及 产品在 国外大型数据 中心应 用广泛 ， 在 国 内还 比较 少见 。随着我 国通信行 业特别是 数据 中心 节 但
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｍ ａ ｌｖ ｆ ｗｈ ｅ ｎ ｒ ｙ ｓｏ ａ ｅ ｄ ｖ ｃ ａ ｈ ｄ ａ ｔ ｇ ｓｏ ｏ ｅ ｅ ｇ ｏ ｓ ｍｐ ｉｎ， ｏ ｐ ｌ ｔ ｎ ａ ｄ ｌ ｎ ｇ ｅ ｌ ｙ ｅ ｌｅ ｅ ｇ ｔ ｒ ｇ ｅ ｉｅ ｈ ｓ ｔ ｅ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｆｌｗ ｎ ｒ ｙ ｃ ｎ ｕ ｔ ｏ ｎ ｏｌ ｉ ｎ ｇ ｕ ｏ ｏ
酸蓄电池的可行性 ， 最后 给 出 了该技 术 和 产 品 在 中 国推 广 应 用 的一 些 建议 。 关 键 词 ： 悬 浮 飞轮 ； 间 断 电 源 ； 酸 蓄 电池 ； 备 油机 磁 不 铅 后 中图分类号 ： ＴＭ９ ２ Ｎ８ １ ，Ｔ ６ 文献标识码 ： Ａ
Ｔｈ ｐ ｌ ａ ｉｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｌｖ Ｆ ｙ ｈ ｅ Ｅｎ ｒ ｙ Ｓ ｏ ａ ｅ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｉ Ｓ Ｓ ｓｅ ｅＡ ｐ ｉ ｔ ｓ ａ ｃ ｎ Ｍ ｇｅ ｌｗ ｅ ｌ ｅ ｇ ｔ ｒ ｇ ｃ ｎ ｌ ｇ ＵＰ ｙ ｔｍ ｃ ｏ ｎ
飞轮UPS和蓄电池UPS主要性能比较
飞轮UPS和蓄电池UPS主要性能比较
飞轮储能系统蓄电池UPS
供应渠道少多
寿命 20-25年10-15年
系统维护定期维护监测电池工作，维护电
池间温度以及专门处理
废旧电池。
约每8年更换
电池系统
系统检修系统无器件少，检修相对容易；电力电子元器件多，
故障频率高；但更换元
器件相对容易。
占据空间依系统而定依系统而定
系统效率98%≤93%
机组规模单机容量 3KWH, 支持多机组并联容量较小，支持多系统并联
充放电性能充放电2小时以上充电较慢，放电时间通常为
10-15分钟
抗输出过载能力抗输出过载能力强，可以带
起电动机起动电流较大的负载抗输出能力弱，蓄电池UPS中的电力电子元器件对过电压，过
电流耐受能力低
全寿命周期成本初期投入较高，但使用寿命长，
运维费用低初期投入较少，但使用寿命短，运维费用高
郑州瑞能电气飞轮储能系统和蓄电池UPS 主
UPS 主要性能比较
备注
随着飞轮UPS 的研发应用，供应渠道会不断增加。
飞轮UPS 更环保
飞轮UPS 的平均无故障工作时间远超于
蓄电池UPS,因此其运行的维修费用比较低
对于1 MW 以上的系统，飞轮UPS 更节省空间两种系统的设计理念和能量转换方式的不同导致效率差别较大规模的系统采用UPS 的经济性更好；
较小的系统或需求变化的系统采用蓄电池UPS 更灵活
在有备用电源的情况下，飞轮UPS 的放电时间足够
满足备用电源起动并稳定所需的时间飞轮UPS 可持续保持在线状态保护负载直到继电保护动作不同的负载要求适用不同的UPS 系统，对于较大负载来说，飞轮UPS 在全寿命周期成本方面更有优势。
飞轮储能ups系统在数据中心建设中的应用
飞轮储能ups系统在数据中心建设中的应用
更高的供电效率
随着云计算的蓬勃发展,数据中心能耗的不断增加已越来越受到业界人士的关注。
2006年，美国数据中心的总耗电量约为610亿千瓦时，总电力成本约为45亿美金;而2011年，美国数据中心的总耗电量已超过1000亿千瓦时，总电力成本高达74亿美金。
数据中心的成本、效率和可持续性受到了严峻挑战。
随着数据中心耗电量急剧上升，“数据中心节能”成为未来数据中心建设的发展趋势。
UPS在数据中心中耗电量为18%，然而，由于UPS系统需要
7x24小时在线运行，所以提高UPS供电效率可以带来直接的电力节省。
哪怕是些许的效率提升，每年也会节省大量的电费开支。
影响UPS系统效率的两个因素为：UPS系统自身的拓扑结构和决定UPS负载因数的数据中心电源及配电的设计。
UPS系统本身的设计结构很大程度上决定了效率。
目前市面上UPS主要有两种结构—在线互动式和在线双转换式。
在线互动式UPS将整流器和逆变器与市电输入并联。
这种设计使得在线互动式UPS可以对市电(过压或欠压)进行补偿;同时通过相应的电路，对谐波、瞬态波动和其他电力质量问题进行调节。
当市电不可用或超出设定范围，在线互动式UPS通过静态开关将负载与市电隔离，同时切换到电池或飞轮等储能装置给负载供电。
新一代飞轮技术 引爆不间断电源系统革命
新一代飞轮技术引爆不间断电源系统革命、现代信息社会，对于信息时效性要求极高，一旦信息中断，会带来不可估量的直接经济损失和社会负面影响。
因此，要求必须提供365天24小时连续不断的、高效、安全、可靠的电力供应保障，对于机房设备提供UPS(不间断电源)保障的要求越来越苛刻。
由于大规模集成电路的应用和高精密设备、仪器的使用，用户对电源质量和品质提出了更高的要求，以确保信息设备的安全运行。
大量的现场运行数据和理论分析也表明，UPS电源除了可以解决上述的交流供电中断的影响外，还可以消除正常交流电网供电中的各种高频杂波、电压浪涌、陷落、瞬间断电等电力干扰对信息设备的危害，保证信息网络时刻安全运行。
另外由于高能耗设备的应用，设备的能耗越来越大，由此需要巨大的蓄电池组来提供所需的备用电能，这就导致传统UPS电源系统占用庞大的面积，进而大幅度增加场地的成本。
而ActivePower公司由于采用了磁悬浮飞轮储能技术，无需传统蓄电池，绿色环保，使UPS电源的体积大大减小，可靠性大大提高。
这样既能满足客户对UPS整体电源解决方案的要求，也能满足客户对移动性的要求。
填补了市场的空白，成为了市场的新宠。
下面就处于国际领导地位的美国ActivePower公司的CleanSource UPS介绍一下。
一、系统介绍磁悬浮飞轮储能UPS的创新之处在于利用飞轮系统物理储能代替了传统蓄电池不可靠的化学储能方式，来提供市电供电瞬断或停电时启动发电机所需的过渡能源。
飞轮在放电的时候，是机械能和电能的相互转化，所以飞轮的寿命和放电的深度没有关系，这样飞轮可以应用的放电深度范围就会非常宽，特别适用于放电深度不规则的场合。
在飞轮储能装置中，决定输入输出能量的是外接的电力电子装置，而与外部的负载没有关系，这样就可以很方便地通过控制飞轮的旋转速度来控制飞轮的充电，这种特点在化学电池中实现起来要困难得多。
再加上飞轮储能系统的充电速度可以非常快，所有这些特点使得飞轮储能技术的应用范围越来越广泛。
飞轮UPS——UPS中的“机械表”
飞轮UPS——UPS中的“机械表”或许没有人知道，UPS电源的鼻祖就是一套飞轮装置。
然而，由于其体积过大，运行不够稳定等因素，逐步被铅蓄电池UPS所取代。
如今，飞轮UPS又卷土重来，开始在各个领域崭露头角。
那么，飞轮UPS与传统电源相比，到底有何不同？以目前市场上最为流行的飞轮UPS为例，它由美国ACTIVEPOWER公司生产制造。
其原理非常简单，类似于“机械表”就是通过飞轮的高速旋转，将机械能转换成电能，用机械储能方式替代传统的化学蓄电池储能方式。
它的特点和优势何在呢？首先，飞轮UPS的效率非常高，可达98%。
也即是说一度电进去只有2%的损耗。
当负载在50%的情况下，效率仍然可达96%，这大大超出了传统蓄电池UPS效率。
一般情况下，传统UPS在满载的情况下，供电效率只有92%。
也就是说飞轮UPS较传统UPS节能75%。
对于一个10兆瓦的数据中心来说，一年节省的电费就可达上百万度电，这不是一个小数目。
第二，飞轮ups更加安全可靠。
飞轮UPS的原理非常简单，然而，这个世界往往如此，越是简单的越是可靠的，大道至简就是这个道理。
飞轮是有质量的，旋转中又有速度，如果质量恒定，跟速度的平方成正比，转速所产生的能量很容易就可用物理公式算出来，它是精细可测量的。
对于化学储能来说则完全不同，它靠电子从阴极到阳极产生电能，但是这个过程不可见也不可测，用设备测量时可能有电压，但是真正去放电的时候未必能提供这么多的能量。
最常见的例子是，冬天开车，前一天开车还挺好，第二天早晨打不着火了，要检查的肯定是蓄电池，这是化学反应的特点。
据统计，UPS70%的故障是由蓄电池所引起，蓄电池已经成为了传统的UPS系统中最不可靠的组成部分。
“飞轮UPS”比传统的蓄电池UPS可靠性或者说用出现故障的概率来讲，减少了七倍。
第三，飞轮UPS对环境的依赖程度很低，不需要空调制冷，它的工作温度在0度到40度之间，对于数据中心来说是非常大的节省。
带你认识飞轮UPS
带你认识飞轮UPS如果有人告诉你，UPS可以不用化学蓄电池储能，你第一反应一定认为这是天方夜谭。
但是当你看到以飞轮替代蓄电池的A Power公司的系列UPS时，你会发现这确实是事实。
其实，飞轮储能并不是什么新概念，早在上世纪70年代，人们就想把这种技术用于电动汽车。
上世纪90年代，随着电路拓扑思想、磁轴承技术的进一步发展，碳纤维材料的广泛应用以及全球范围对电池污染的重视，飞轮储能这种环保、高效的储能方式迅速从实验室走向实用。
A Power公司生逢其时，凭借基于飞轮储能技术的UPS解决方案在电源市场独树一帜。
别在后备时间争短长A Power的磁悬浮式飞轮储能UPS中，飞轮与真空体之间没有摩擦，进一步减少了运行能量损耗。
一个飞轮的重量在200~300kg，直径约为90cm，转速为每分钟7700转，上下各有一个轴承作为支撑。
飞轮高速旋转，将能量以动能的形式储存起来。
当系统需要电能时，飞轮减速运行，电机作为发电机，将储存的能量释放出来。
A Power公司专家介绍说：“飞轮可以持续提供几秒至几分钟的电能，完全能够保证系统进行电源切换所需。
”电池后备时间的长短一直是衡量使用蓄电池的UPS质量优劣的标准之一。
电池后备时间越长，表明在断电时UPS能够为用户提供持续电力的能力越强。
许多UPS厂商常常以其UPS的电池后备时间长达十几分钟甚至半小时为荣。
但是，UPS的根本作用是为了在出现电力故障时保证电源系统的安全切换，而非作为一个长久提供电源供给的设备。
从这一点上来看，飞轮储能UPS完全可以满足用户的需求。
A Power公司专家介绍说：“从2000年至今，磁悬浮式飞轮储能UPS已经帮助全球客户节省超过两亿度电能，减少超过190万节铅酸蓄电池的使用，相当于少消耗2.7万吨铅，并减少超过80万吨二氧化碳的排放。
”磁悬浮式飞轮储能UPS的优势是高效、可靠、环保。
专家介绍说：“A Power UPS 的效率可达98%，而普通UPS的效率只有92%~93%。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
飞轮储能技术的UPS系统
随着社会信息化和自动化程度的提高，对电网供电可靠性的要求越来越高，为了确保安全，具有一定容量，其电压和频率稳定的不间断交流电源UPS(uninterruptible power supply)被广泛用作各种关键设备的备用电源。
传统的UPS用化学蓄电池作为储能单元，因其储能密度大，价格低廉而被广泛采用，但它需要定期维护、寿命短、充电时间长，还会给环境带来污染。
目前，飞轮储能技术得到了较快的发展。
飞轮储能是通过能量转换系统把电能或者其他形式的能量以机械能方式储存在高速旋转的飞轮中，当需要释放能量时，飞轮转速降低，可以把储存在飞轮中的机械能转换为电能或者其他形式的能量。
高速旋转的飞轮具有高比能量、长寿命、高效率、无污染等特性，在航天器中得到广泛应用。
本文简述了基于飞轮储能技术的UPS系统的拓扑结构，研究了高速飞轮充放电方式的控制策略。
通过飞轮转动的稳定性分析，进行了充电曲线的优化设计；采用智能复合控制方法，使飞轮转速很好地跟踪设定的优化充电曲线；根据电机升压斩波能量回馈原理，控制直流母线电压恒定，再逆变为交流电的控制策略，最后给出系统实验结果。
1.飞轮储能系统
飞轮储能系统是由高速飞轮、磁轴承系统、永磁电动／发电机、能量转换控制系统以及附加设备(真空罩，辅助机械轴承等)组成，它是以高速旋转的飞轮质体作为机械能量储存的介质，利用电动／发电机和能量转换控制系统来控制能量的输入和输出
飞轮储能技术是新兴的电能储存技术，它与超导储能技术、燃料电池技术一样，都是近年来出现的有很大发展前景的储能技术。
虽然目前化学电池储能技术已经发展得非常成熟，但是化学电池储能技术存在着诸如充放电次数的限制、对环境的污染严重以及对工作环境温度高等问题。
这样就使新兴的储能技术越来越受到人们的重视，尤其是飞轮储能技术，已经开始越来越广泛地应用于国内外的许多行业中。
飞轮储能最基本的工作原理是将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来，当外界需要电能时，通过发电机将飞轮的动能转化为电能，输出到外部负载。
为了减少空闲运转时的损耗，提高飞轮的转速和飞轮储能装置的效率，飞轮储能装置轴承使用非接触式的磁悬浮轴承技术，将电机和飞轮都密封在一个真空容器内，以减少风阻，保障系统的正常运行。
飞轮UPS的延时能力：
机房单飞轮UPS与双UPS双总线方案的技术对比
飞轮UPS与传统UPS的技术对比。