T_QGCML 307-2022 储能飞轮.pdf

ICS 27.180 CCS F19 团 体 标 准 T/QGCML 307— 2022 储能飞轮 Energy storage flywheel 2022 - 07 - 27发布 2022 - 08 - 10实施 全国城市 工业品 贸 易中心联 合会 发 布 T/QGCML 307— 2022 I 目 次 前言 . II 1 范 围 . 1 2 规 范性 引用 文件 . 1 3 术 语和 定义 . 1 4 命 名规 则 . 2 5 一 般要 求 . 2 6 性 能要 求 . 2 7 试 验方 法 . 5 8 检 验规 则 . 8 T/QGCML 307— 2022 II 前 言 本文件 按照 GB/T 1.1— 2020《标准 化工 作导则 第 1部分： 标准化 文件 的结构 和起草 规则》 的规 定 起草。 请注意 本文 件的 某些 内容 可能涉 及专 利。 本文 件的 发布机 构不 承担 识别 专利 的责任 。 本文件 由全 国城 市工 业品 贸易中 心联 合会 提出 并归 口。 本文件 主要 起草 单位 ： 山 西新阳 清洁 能源 有限 公司 、 华 阳新 材料 科技 集团 有 限公司 、 阳泉 奇峰 聚能 科技有 限公 司 。 本文件 参与 起草 单位 ： 山 西华钠 芯能 科技 有限 责任 公司 、 太 原理 工大 学物 理 与光电 工程 学院 、 北京 奇峰聚 能科 技有 限公 司 、 太原理 工大 学 。 本文件 主要 起草 人 ： 张 彦 生、 庞云 峰、 王明 菊、 卢斌 、 张 文浩 、 冯 进亮 、 乔 龙龙 、 郝 万程 、 翟 志强 、 王敏、 任晓 雪、 李沛 然、 王月月 、李 维佳 、吕 玉祥 、张海 涛、 蒋涛 、王 禹洲 、张益 龙、 杨莉 丽 。 T/QGCML 307— 2022 1 储 能飞轮 1 范围 本文件 规定 了储 能飞 轮的 术语和 定义 、命 名规 则、 一般要 求、 性能 要求 、试 验方法 、检 验规 则。 本文件 适用 于储 能飞 轮的 生产与 检验 。 2 规范性 引用 文件 下列文 件中 的内 容通 过文 中的规 范性 引用 而构 成本 文件必 不可 少的 条款 。 其 中 ， 注日 期的 引用 文件 ， 仅该日 期对 应的 版本 适用 于本文 件； 不注 日期 的引 用文件 ， 其 最新 版本 （包 括所有 的修 改单 ） 适 用 于 本 文件。 GB 7251.1-2013 压 成套 开 关设备 和控 制设 备 第 1部 分 :总 则 GB/T 4208-2017 壳 防护 等 级（ IP代码 ） GB/T 7267-2015 电 力系 统 二次回 路保 护及 自动 化机 柜（屏 ）基 本尺 寸系 列 GB/T 12325-2008 能 质量 供电电 压偏 差 GB/T 12326-2008 电能质 量 电压 波动 和闪 变 GB/T 15543-2008 电能质 量 三相 电压 不平 衡 GB/T 17626.2-2018 电磁 兼容 试验 和测 量技 术 静 电放电 抗扰 度试 验 GB/T 17626.3-2016 电磁 兼容 试验 和测 量技 术 射 频电磁 场辐 射抗 扰度 试验 GB/T 17626.4-2018 电磁 兼容 试验 和测 量技 术 电 快速瞬 变脉 冲群 抗扰 度试 验 GB/T 17626.5-2019 电磁 兼容 试验 和测 量技 术 浪 涌（冲 击） 抗扰 度试 验 GB/T 17626.6-2017 电磁 兼容 试验 和测 量技 术 射 频场感 应的 传导 骚扰 抗扰 度 GB/T 21413.1-2018 轨道 交通 机车 车辆 电气 设备 第 1部 分： 一般 使用 条件 和 通用规 则 GB/T 24337-2009 电能质 量 公用 电网 间谐 波 GB/T 32218-2015 空 技术 真空系 统漏 率测 试方 法 GB/T 36548-2018 电 化学 储能系 统接 入电 网测 试规 范 JB/T 5777.2-2002 电力 系 统二次 电路 用控 制及 继电 保护屏 （柜 、台 ）通 用技 术条件 JB/T 5777.3-2002 电力 系 统二次 电路 用控 制及 继电 保护屏 （柜 、台 ）基 本试 验方法 YD/T 282-2000 通信 设备 可靠性 通用 试验 方法 ISO 14839-2:2004 机械 振 动 装 有活 动磁 性轴 承的 旋 转机械 的振 动 第 2部 分 -振 动评估 3 术语和 定义 下列术 语和 定义 适用 于本 文件。 3.1 飞轮储 能 flywheel energy storage method 飞轮储 能是 一种 物理 储能 技术 ， 是 指利 用电 能驱 动 飞轮高 速旋 转 ， 将 电能 转 换为机 械能 ， 在需 要的 时候通 过飞 轮惯 性拖 动电 机发电， 将储 存的 机械 能变 为电能 输出 （ 即所 谓的 飞轮 放电） 的 一种 储 能 方 式 。 3.2 储能飞 轮 energy storage flywheel device 储能飞 轮是 应用 飞轮 储能 为主要 技术 构成 的电 力系 统，可 以实 现电 能与 动能 双向转 化的 储能 装置。 3.3 飞轮转 子 flywheel rotor T/QGCML 307— 2022 2 是储能 飞轮 内部 核心 储能 元件。 4 命名规 则 □ □ □ □ □ / □ 恒 功 放电 时间 额定放 电功 率 企业产 品代 码 示例： QFFL 600 / 30 QFFL 为奇峰 飞轮的缩写 ，额定放电功率为 600Kw，恒功放电时间为 30S。 5 一般要 求 使用环 境符 合以 下内 容： —— 温度： -5℃ ～ 40℃， 24h内平均 温度 不高 于 35℃ ； —— 相对湿 度： 最大 湿度 不超 过 50%； —— 大气压 力： 80kPa～ 110kPa； —— 接入供 电电 源品 质 : 间谐 波电压 应满 足 GB/T 24337-2009的要 求 , 电压 偏差 应满 足 GB/T 12325-2008的 要求 , 电 压 波动和 闪变 值应 满 足 GB/T 12326-2008的 要求 , 电 压不平 衡度 应满 足 GB/T 15543-2008的要 求。 6 性能要 求 6.1 性能参 数 参数值 如表 1所 示。 表 1 储能飞 轮参 数表 项目 参数 额定功率 200kW 400kW 600kW 额定储能量 3.3kWh 6.7kWh 5kWh 额定直流电压 750Vcd 750Vcd 750Vcd 额定转速 15000rpm 放电时间 60s 30 谐波总量 ＜ 5% 一次充放电效率 ＞ 85% 6.2 外观 尺 寸要 求 —— 装置外 表面 涂层 应均 匀平 整，不 应有 锈蚀 、脱 落、 碰伤、 划痕 ，紧 固件 应牢 固； —— 尺寸应 符 合 GB/T 7267-2015的 相关 要求 及； 6.3 结构要 求 储能 飞 轮由 壳体 、径 向磁 悬浮轴 承、 飞轮 转子 、电 机、轴 向磁 悬浮 轴承 构成 。 T/QGCML 307— 2022 3 6.3.1 壳体 壳体各 部位 无渗 漏， 各位 置漏率 不得 高于 6.0× 10 -7 pa•m 3 /s。 6.3.2 磁悬浮 轴承 —— 线圈对 地绝 缘电 阻（ 500VDC）应 大于 50MΩ； —— 线圈直 流电 阻 为 5.67ohm（ 20° C） ； —— 匝间冲 击耐 压 按 1680V测 试时， 测试 过程 应无 异常 放电现 象发 生。 6.3.3 飞轮转 子 动平衡 转速 为 400-500r/min，左 右修 正面 的最 大允 许 不平衡 量为 1g。 6.3.4 电机 —— 电机绕 组每 相的 直流 电阻 为 0.001506Ω（ 95° C） ； —— 三相电 阻不 平衡 率应 不大 于 4%（线 电阻 不平 衡率 应 不大 于 2%）； —— 绝缘电 阻（ 1000VDC）应 大 于 1000MΩ； —— 工频耐 压试 验电 压 2060V，持 续 1min应 无击 穿现 象 ； —— 匝间冲 击耐 压试 验电 压 为 2910V，试 验过 程应 无放 电 现象发 生。 6.4 效率要 求 充放电 循环 效率 应不 低于 85%，如 表 1所示 。 6.5 安全 要求 6.5.1 机械 危 险防 护 储能飞 轮应 具备 机械 危险 防护措 施 ， 即 使转 子失 稳 也不能 对外 界产 生破 坏性 影响 。 同 时 ， 应 具备 紧 急停机 功能 。 6.5.2 电击危 险防 护 储能飞 轮应 采用 绝缘 保护 措施防 止电 击危 险。 6.6 噪声 在距离 设备 水平 位置 1m出 ，储能 飞轮 满载 运行 时的 噪声应 不大 于 85dB。 6.7 振动 应符合 ISO 14839-2:2004中对装 置震 动的 评估 。 6.8 温升 应符合 GB/T 21413.1-2018 9.2.2的 要求 。 6.9 密闭 飞轮储 能单 元应 具备 密封 性。 6.10 电气性 能 6.10.1 绝缘电 阻 符合 6.3.2及 6.3.4中 的部 分要求 。 6.10.2 工频耐 压 柜 内 各 带电 回 路 , 按 其工作 电 压 应能 承 受表 1 规定历 时 1 min 的工 频 耐压 的试 验 , 试验 过 程中 应无绝 缘击 穿和 闪络 现象 。 T/QGCML 307— 2022 4 6.10.3 电气间 隙和 爬电 距离 飞轮储 能系 统电 气设 备的 电气间 隙和 爬电 距离 符合 GB/T 7251.1-2013 中 8.3的规定 。 6.11 防护等 级 室 内 柜 体 外 壳 防 护 等 级 应 不 低 于 GB/T 4208-2017 中 IP20的 规 定 , 室外 柜 体外 壳 防 护 等 级 应 不低 于 GB/T 4208-2017 中 IP 54的规 定。 6.12 保护及 报警 功能 —— 应具备 保护 和故 障管 理功 能 , 根 据工 作状 态和 参数 变化 , 判断 异常 或故 障类 型 , 并 自动 实施 异常工 况限 制、 故障 保护 和故障 报警 功能 ； —— 电压保 护： 飞轮 储能 系统 输出电 压超 过设 定过 、欠 电压值 时 , 应发 出报 警信 号 , 并 应自 动关 断输出 ； —— 充、放 电保 护：  飞轮充 电加 速过 程 , 当飞 轮转速 超过 最高 工作 转速 时 , 发 出报 警信 号； 当飞 轮 转速超 过 最 高极限 转速 时 , 超速 保护 动作 , 停止 充电 操作 ；  飞轮放 电减 速过 程 , 当飞 轮转速 低于 最低 工作 转速 时 , 发 出报 警信 号 , 停止 放电运 行 ； 正 常停机 操作 除外 ； —— 真空度 过低 保护 ：飞 轮储 能系统 应能 实时 监测 飞轮 运行腔 体内 的真 空度 , 当 真空度 达到 报警 值时 , 应能 发出 报警 信号 , 超过 设计 阈 值 , 应 自动 降 速停机 。 6.13 监控功 能 监控装 置应 具备 对飞 轮储 能系统 中各 个设 备的 运行 状态进 行监 测和 控制 的功 能； 能 按设 定条 件 完 成 充放电 控制 ，并 对运 行方 式进行 手动 或自 动的 设定 ；具备 响应 的显 示功 能。 6.14 电磁兼 容性 6.14.1 静电放 电抗 扰度 应能承 受 GB/T 17626.2— 2018 中第 5章的 试验 严酷 等级为 3、 4 级 的静 电放 电抗扰 度试 验。 6.14.2 射频电 磁场 辐射 抗扰 度 应能承 受 GB/T 17626.3— 2016中 第 5章规 定的 试验 严 酷等级 为 3、 4 级 的射 频 电磁场 辐射 抗扰 度试 验。 6.14.3 电快速 瞬变 脉冲 群抗 扰度 应能承 受 GB/T 17626.4— 2018中 第 5章规 定的 试验 严 酷等级 为 3、 4 级 的电 快 速瞬变 脉冲 群抗 扰度 试验。 6.14.4 浪涌（ 冲击 ）抗 扰度 应能承 受 GB/T 17626.5-2019中第 5章 规定 的试 验严 酷 等级为 3、 4级的 浪涌 （冲 击）抗 扰度 试验 。 6.14.5 射频场 感应 传导 骚扰 抗扰 度 应能承 受 GB/T 17626.6-2017中第 5章 规定 的试 验严 酷 等级为 3、 4级 的射 频场 感 应的传 导骚 扰抗 扰度 试验。 6.15 蓄能变 流器 充电（ 稳流 ）电 压的 调节 范围符 合表 2规 定。 T/QGCML 307— 2022 5 表 2 充电电 压及 稳态 电压 的调 节范围 调节范 围 充电电 压 (90%～ 145%)U 稳态电 压 (90%～ 130%)U 7 试验方 法 7.1 一般检 查 柜体结 构及 安装 ， 外 形尺 寸、 保护 接地的 检查 结果 应符合 JB/T 5777.2-2002的规定 。 元器件 符 合 相 关国家 标准 要求 。 7.2 储能容 量试 验 飞轮工 作在 额定 转速 下放 电， 直到 转速 达到 最低 工 作转速 ， 记录 此过 程中 储 能系统 放电 的能 量 ， 即 为飞轮 可用 储能 容量 ，应 满足产 品可 用储 电量 要求 。 7.3 功率容 量试 验 飞轮工 作在 额定 转速 下放 电， 用 功率 测试 仪测 定的 稳 定输出 值即 为功 率容 量， 应 满足产 品设 计要 求 。 7.4 充放电 响应 时间 测试 按照 GB/T 36548-2018中 7.8的试 验方 法进 行。 7.5 效率试 验 7.5.1 充电效 率 储能飞 轮在 稳态 满额 充电 的情况 下 ， 输 入为 直流 输 入功率 ， 输出 为储 能飞 轮 能量输 入功 率 。 记 下直 流输入 的电流 值和 电压值 ，并算 出直流 输入 功率。 通过记 录储能 飞轮 的转速 变化量 ，利用 公式 （ 2） 计 算出储 能飞 轮能 量输 入功 率。充 电效 率按 （ 1）公 式 。 η ······································································ (1) （ ω ω ） ······································································· (2) 式中： η i— — 充 电效 率； pzi—— 直流 输入 功率 ； pfi—— 储能 飞轮 能量 输入 功率； J—— 储能 飞轮 极转 动惯 量 ； ω 0 — — 储 能飞 轮充 电效 率 测试记 录起 始的 转速 ； ω t — — 储 能飞 轮充 电效 率 测试记 录停 止的 转速 ； t —— 储能 飞轮 记录 转速 的间隔 时间 。 7.5.2 放电效 率 T/QGCML 307— 2022 6 储能飞 轮在 稳态 满额 放电 的情况 下 ， 输 入为 储能 飞 轮能量 输出 功率 ， 输入 为 直流输 出功 率 。 记 下直 流输出 的电流 值和 电压值 ，并算 出直流 输出 功率。 通过记 录储能 飞轮 的转速 变化量 ，利用 公式 （ 4） 计 算出储 能飞 轮能 量输 出功 率。放 电效 率按 （ 3）公 式 计算。 η ······································································ (3) （ ω ω ） ······································································· (4) 式中： η o— — 放 电效 率； pzo —— 直 流输 出功 率； pfo —— 飞轮 输出 功率 。 J —— 储 能飞 轮极 转动 惯 量； ω 0 — — 储 能飞 轮放 电效 率测试 记录 起始 的转 速； ω t — — 储 能飞 轮放 电效 率测试 记录 停止 的转 速； t —— 储 能飞 轮记 录转 速 的间隔 时间 。 7.5.3 充放电 循环 效率 飞轮储 能系 统在 稳态 满额 放电的 情况 下， 通过 记录 实测数 据， 计算 得到 充电 功率、 放电 功率 ， 充 放 电循环 效率 按公 式（ 5） 计 算。 ············································································ (5) 式中： η — — 充 放电 循环 效率 ； η o— — 放 电功 率； η i— — 充 电功 率。 7.6 可靠性 按 YD/T 282-2000中 5.5的 统计试 验方 案与 选择 及 7.1内容进 行试 验， 其结 果应 符合 7.3部 分的 规定 。 7.7 安全性 利用目 测、 仪器 仪表 等确 认，符 合 7.4部 分的 规定 。 7.8 噪声 在飞轮 储能系 统额 定功率 充电与 额定功 率放 电时， 周围环 境噪声 不大 于 40dB，在距 柜外围 前、 后、 左、右 水平 位置 各 lm处， 离地面 高度 (1~1.5)m处， 测量产 品的 噪声 。 7.9 温升 飞轮储 能系 统在 额定 功率 充电、 额定 功率 放电 、 稳 态状态 下连 续运 行时 ， 关 好柜门 ， 使 各发 热 元 件 的温度 逐渐 上升 ，当 温度 趋于稳 定时 ，测 得温 度不 超过 7.6规 定 7.10 密封 性 试验方 法按 GB/T 32218— 2015规 定进 行， 应符 合 7.7的规定 。 7.11 电气性 能 —— 绝缘电 阻测 量： 用 1000V兆欧表 测量 被测 部位 ； T/QGCML 307— 2022 7 —— 工频耐 压 ：用 工频 耐压 试 验装置 ， 按表 1规 定的 试 验电压 ， 施加 试验 电压 lmin应 无闪 络和 击 穿； —— 冲击耐 压试 验： 将冲 击电 压加在 试验 部位 ， 其 他电 路和外 露的 导电 部分 连在 一起接 地， 按表 1 规定的 试验 电压 ， 加 3次 正极性 和 3次负 极性 雷电 波的短 时冲 击电 压， 每次 间隙时 间不 小于 5s试 验； —— 电气间 隙和 爬电 距离 试验 ：参 照 GB 7251.1-2013中 测量电 气间 隙和 爬电 距离 ，进行 试验 。 7.12 防护等 级 试验方 法按 GB/T 4208-2017中的 规定 。 7.13 保护及 报警 功能 设定设 备的 保护 及报 警动 作值 ， 调 整所 需参 数值 ， 人 为模拟 各种 故障 ， 设备 的 保护和 报警 动作 值及 保护和 报警 动作 方式 。 7.14 监控功 能 通过 实时 运转 状态 ，对 监控功 能进 行试 验调 试， 满足 6.13的 要求 。 7.15 电磁兼 容性 7.15.1 静电放 电抗 扰度 试验 按 GB/T 17626.2— 2018规 定试验 方法 进行 。 7.15.2 射频电 磁场 辐射 抗扰 度 按 GB/T 17626.3— 2016规 定试验 方法 进行 。 7.15.3 电快速 瞬变 脉冲 群抗 扰度 按 GB/T 17626.4-2018规 定 的方法 进行 。 7.15.4 浪涌（ 冲击 ）抗 扰度 按 GB/T 17626.5-2019规 定 的方法 进行 。 7.15.5 射频场 感应 的传 导骚 扰抗 扰度 按 GB/T 17626.6-2017规 定 的方法 进行 。 7.16 储能变 流器 性能 7.16.1 稳流精 度试 验 在输出 状态 下 ， 输 出电 流 设定为 规定 范围 内任 一点 ， 储 能飞 轮转 速在 额定 范 围内变 化 ， 分 别测 量输 出电流 ，找 出上 述变 化范 围内输 出电 流的 极限 值 IM，按式 （ 6）计 算稳 流精 度 。 δ ···································································· (6) 式中： δ i — — 稳 流精 度； I M — — 输 出电 流波 动极 限 值； I Z — — 输 出电 流整 定值 。 7.16.2 稳态精 度 飞轮储 能系 统在 输出 状态 下， 输 出电 压设 定为 规定 范 围内任 一点 ， 储 能飞 轮转 速 在额定 范围 内变 化， 分别测 量输 出电 压， 找出 上述变 化范 围内 输出 电流 的极限 值 UM，按 式（ 7） 计 算稳压 精度 。 T/QGCML 307— 2022 8 δ ·································································· (7) 式中： δ U — — 稳 压精 度； U M — — 输 出电 压波 动极 限 值； U Z —— 输出 电压 整定 值。 7.16.3 纹波系 数 在输出 状态 下， 直流 输出 电压设 定在 表 4规 定的 整定 范围内 ，分 别测 量直 流输 出电压 平均 值 UCD、输 出电压 的交 流分 量峰 峰值 UPP，按 式（ 8）计 算纹 波因 数： δ ································································ (8) 式中： δ —— 纹波 系数 ； UPP—— 输出 电压 交流 分量 峰 -峰 值； UCD—— 直流 电压 平均 值。 7.16.4 储能变 流器 转换 效率 按照 GB/T 36548— 2018中 7.12的 试验 方法 进行 。 7.16.5 功率因 数 按照 GB/T 36548— 2018中 7.2的试 验方 法进 行。 7.16.6 限流及 限压 特性 在恒压 输出 状态 下 ， 通 过 改变负 载 ， 使 输出 电流 逐 渐上升 而超 过限 流整 定值 ， 变 流器 将自 动地 降低 直流输 出电 压值 ， 从而 使 充电电 流下 降至 整定 值以 下， 达到 限流 和保 护设 备 的目的 ， 限流 的调 整范 围 为 额定输 出电 流 50%～ 110%中 任一数 值。飞 轮储 能系统 在恒流 输入状 态下 ，当直 流输入 电压超 过限 压整 定 值时 ， 应 能自 动转 换恒 压 充电方 式运 行 ， 达 到限 压 保护的 目的 ， 限压 的调 整 范围为 额定 电压 105%至充 电 电压上 限值 （见 表 2）中 任 一数值 。 8 检验规 则 8.1 分类 分为出 厂检 验和 型式 检验 。 8.2 出厂检 验 储能飞 轮出 厂时 均应 进行 出厂检 验， 经质 检部 门检 验合格 并出 具合 格证 后方 可出厂 。 检 验项 目 见 表 3。 8.3 型式检 验 8.3.1 在正常 生产 情况 下， 型式 检验项 目为 每四 年检 测一 次，检 验项 目见 表 3。 8.3.2 凡属下 列情 况之 一者 ，应 进行型 式检 验： a) 新产品 定型 或老 产品 长期 停产一 年以 上恢 复生 产时 ； b) 正式生 产后 ，如 材料 、工 艺有较 大改 变， 可能 影响 产品性 能时 ； c) 用户对 产品 性能 质量 有异 议时； d) 出厂检 验结 果与 上次 型式 检验有 较大 差异 时； e) 国家相 关管 理部 门提 出型 式检验 的要 求时 。 8.3.3 抽样方 法： 从出 厂检 验合 格的产 品中 随机 抽样 ，抽 样基数 不少 于 5台， 抽 取 1台。 T/QGCML 307— 2022 9 表 3 检验项 目 项目 出厂检验 型式检验 外观与尺寸 √ √ 结构 √ √ 效率 √ √ 安全 √ √ 噪声 - √ 振动 - √ 温升 - √ 密闭 √ √ 绝缘电阻 √ √ 工频耐压 √ √ 电气间隙和爬电距离 - √ 防护等级 - √ 保护及报警 √ √ 监控功能 √ √ 静电放电抗扰度 √ √ 射频电磁场辐射抗扰度 - √ 电快速瞬变脉冲群抗扰度 - √ 浪涌（冲击）抗扰度 - √ 射频场感应传导骚扰抗扰度 - √ 蓄能变流器 √ √ 注： “ √ ”为检验项目，“ -”为不检项目。 8.4 判定 8.4.1 进行型 式检验 时， 产品如 达不到 性能要 求中 任一条 要求时 ，均按 主要 缺陷计 算，则 判定该 产 品 不合格 。结 构要 求 按 JB/T 5777.3-2002合格 判定 原 则进行 判定 。 8.4.2 产品型 式检验 不合 格，该 产品应 停止生 产， 直至查 明并消 除不合 格的 原因， 再次型 式检验 合 格 后方能 恢复 生产 。