飞轮储能型UPS应急电源系统 

　　一.产品介绍

　　随着现代社会对电力能源的依赖性日益增强，社会用电需求的迅猛增长，电网规模迅速扩大，社会对电网供电可靠性要求越来越高。常见的电能质量问题有电压偏差、频率偏差、电压波动和闪变、三相电压不平衡、电压暂降与短时中断，供电中断、波形畸变、暂时和瞬态过电压等。理想的电能质量是恒定频率、恒定幅值的正弦波形电压与连续供电。
　　UPS（不间断电源）是能够提供持续、稳定、不间断电源供电的外部电源设备。一般以蓄电池作为储能元件，蓄电池成本适中、技术成熟、性能稳定，但其寿命周期短、对环境温度要求高、占地面积大以及会带来环保问题等，而且蓄电池不能全功率瞬时响应，会发生负载端电压暂降的情况，保供电的质量很难满足大容量客户的需求。飞轮储能可实现瞬时全功率响应，避免电压暂降的问题出现，故障率及对工作环境的要求也比蓄电池低很多。
　　飞轮储能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，将电机和飞轮转子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。
　　飞轮储能UPS具有瞬时高频次大功率、零毫秒级响应、寿命长达20年、高可靠性、高效率、低碳节能、维护简单、整体噪音低等优势。
　　二.GTR飞轮结构及技术参数

　　三.飞轮储能UPS电源原理框图

　　图4飞轮UPS拓扑图

　　UPS主机配置有两路交流输入（其中一路为市电，一路为柴油发电机），一路飞轮电源输入。
　　当市电正常时，首先将交流整流变换成纯净的直流电，滤除整流中的干扰，同时给飞轮电源进行充电，并且将直流逆变成纯净的交流电为负载进行供电。当市电输入异常时，主机发出异常信号启动发电机，因发电机的启动时间约为8～15s，此15s的启动时间由飞轮电源经过逆变转换为负载进行不间断供电，待发电机完全正常工作后，飞轮电源恢复至原始工作状态，实现为负载进行不间断供电。
　　市电恢复时，主机发出信号，使发电机退出工作，在ATS双电源切换的过程中，飞轮电源同样按照上述的原理进行工作。
　　在整个三种能量输入的转换过程中，市电中断到发电机启动，以及发电机通过ATS切换至市电供电，飞轮电源作为中断时间的过渡电源，有效保障了UPS主机对后端负载的不间断供电。
　　四.飞轮UPS电源主要技术参数

　　表1飞轮UPS电源主要技术参数

规格型号		单体400kVA
扩容方式		并联扩容，可满足客户不同功率等级需求
交流输入	交流输入电压	AC380V±25%
	交流输入频率	50Hz±10%
	功率因数	≥0.99
	交流输入电流谐波分量	<3%
	输入路数	一路市电，一路发电机，两路自动转换
交流输出	交流输出电压	AC220/380V±1%
	输出电压稳压频率	50Hz±0.1%
	功率因数	0.8
	波峰因数	3：1
	输出波形	正弦波
	波形失真	线性负载＜1%；非线性负载＜3%
飞轮输入	功率	275kW（可并联扩容）
	全功率供电时间	17s
显示告警	显示、报警	LED、触摸屏、蜂鸣器
	保护	限流保护、过温保护、过载保护、短路保护
	通讯	RS232、RS485、CAN、SNMP
整机规格	工作温度	-5℃~40℃
	相对湿度	0~95%（无凝露）
	尺寸	UPS机柜：1500×1000×2200mm 飞轮储能机柜：1100×1150×2200mm
	安装方式	室内、集装箱、车载

　　五.解决方案
　　飞轮储能UPS应急电源提供三种解决方案，分别为室内布置轮飞轮储能UPS应急电源、一体式车载飞轮储能UPS应急电源、集装箱式飞轮储能UPS应急电源。
　　室内布置参考

　　一体式车载飞轮UPS（含柴油发电机）

　　图6一体式车载飞轮UPS布置图（含柴油发电机）

　　车载飞轮UPS（不含柴油发电机）布置参考平面图

　　集装箱式布置参考平面图

　　六.飞轮储能UPS—UPS特点
　　1.为苛刻的工业、通讯等行业设计的绿色能源
　　2.采用有源滤波功率因数校正技术，具有高的输入功率因数
　　3.逆变器三相独立设计，完全满足100%不平衡负载需求；
　　4.采用DSP控制技术、功率冗余设计等，具备更高的性能和更强的适应能力；
　　5.采用高分辨率触摸屏可轻松实现操作，方便用户实际的维护保养使用；
　　6.采用隔离风道设计，功率电路与控制电路分别采用独立风道，确保散热效果良好；
　　7.采用N+X无主从自适应的并联技术，轻松实现多机并联；
　　8.多种工作模式可选：双变换在线式、ECO模式、EPS模式；
　　9.配有RS232/RS485和以太网通讯接口，支持SNMP/MODBUS远程监控。
　　10.可选装EPO紧急停止开关功能
　　七.飞轮储能特点
　　1.减少二次、三次、N次购买电池的投资
　　2.减少配套设备成本，如空调、消防器材等
　　3.减少日常用电，节约成本
　　4.减少占地面积
　　5.使用寿命超长、且性能/效率不随时间下降
　　6.无限次数的充电/放电，充放电速度快
　　7.可靠性好，存储能量可以准确预测
　　8.维护简单
　　9.效率高，节约大量电费
　　10.无毒无害，环保技术
　　八．技术优势
　　蓄电池储能和飞轮储能特性对比表

　　图9飞轮和蓄电池储能特性对比表

 

GTR飞轮特性参数VS钢制飞轮

参数	盾石磁能GTR飞轮	钢制转子飞轮
最高速度	36000rpm	≤10000rpm
结构设计	电机转子飞轮一体化	电机转子+飞轮
转子材料	碳纤维复合转子	钢制转子
安全性	安全性更高	钢制转子需定期返厂探伤
轴承	被动磁悬浮控制轴承系统	主动磁悬浮+接触性滚珠轴承
本体维护	免维护	3～4年更换轴承
散热	定子水冷循环系统发热小	发热严重
动作次数	快充快放，＞40次/h	≤3次/h
开机时间	≤1h	＞24-36h
开机操作	可一键启动	开机程序复杂
知识产权	国内全部自主知识产权	进口产品为主

图10盾石磁能飞轮VS钢制飞轮特性对比表

　　十．应用场景分类
　　（1）数据中心及医院等重要场所
　　（2）重要政治活动保电
　　①大型国内、国际政治会议及活动保电
　　②国家高级别领导人随行保电

　　（3）重要商业活动保电
　　①大型国际、国内体育赛事
　　②大型演艺活动

　　（4）民生安全保电
　　①预警性自然灾害主要备灾用电设备保电
　　②灾害救援现场重要诊疗器械保电
　　③救灾指挥中心保电

　　（5）军事活动保电
　　①大型军演活动数据中心、指挥中心保电
　　②军用雷达站、通信基站保电