一种适用于飞轮储能装置的并网控制方法及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于飞轮储能装置的并网控制方法及系统，属于电气工程技术领域，本发明专利技术提供的电压控制模块使直流侧实际电压跟随直流侧电压预设值，获取飞轮侧q轴电流参考值；电流控制模块使飞轮侧d轴输出电流和q轴输出电流分别跟随飞轮侧d轴电流参考值和q轴电流参考值，获取飞轮侧d轴电压参考值和q轴电压参考值；电路实际物理量能够很好地跟踪控制器参考值，使并网系统具有良好的响应特性；电网侧控制单元构建的频率‑有功控制方程和电压‑无功控制方程，能够快速响应电网频率和电压的变化；本发明专利技术解决了现有并网装置无法使用飞轮储能装置快速响应电网变化进行电压调节和频率调节的技术问题。

A grid connected control method and system for flywheel energy storage device

【技术实现步骤摘要】
一种适用于飞轮储能装置的并网控制方法及系统
本专利技术属于电气工程
，更具体地，涉及一种适用于飞轮储能装置的并网控制方法及系统。
技术介绍
近年来，随着风力发电和太阳能发电等新型发电技术的大规模应用，逐步撼动同步发电机在发电侧的主体地位，一方面减少了传统的旋转备用，另一方面电力电子变流器作为新型发电单元接入电网的接口，其快速响应的特性以及新型发电单元的随机性、间歇性给电网带来了较大波动，显著降低了系统的惯性，影响系统的安全稳定运行。储能装置可以凭借变流器的快速响应特性并采用合适的控制方法平抑可再生能源的波动，使储能装置为电网贡献惯性，提升电网的频率调节能力，增强电网的抗扰性，改善交流电力系统新能源成分的高渗透率带来的稳定性问题。现有的储能并网系统主要采用蓄电池储能、超级电容储能等形式，蓄电池储能技术成熟，储能效率较高，但充放电时间长、使用寿命短。相比蓄电池储能，超级电容器具有功率密度高、充电速度快、循环寿命长等特点，但超级电容器单体电压较低，需要并联使用，电容器参数不一致时易产生工作电压不平衡问题，影响系统的使用寿命和可靠性。现有的储能并网控制方法常采用PI控制器调节并网电流，该过程需要进行多次坐标旋转变换，控制方法较为复杂，同时PI控制器的动态响应过快，影响变流器输出的功率因数，降低系统的电能质量。飞轮储能是一种通过物理方法来存储电能的技术，其储能能力主要由其转动惯量决定，功率密度和容量密度较大，由惯性决定的系统稳定性强，不需要频繁维护，且响应速度为分钟级，适用于调峰调频、改善电网电能质量和提高电网稳定性，相比于其他储能装置具有一定的优越性，适用于电网频率调节。现有的飞轮储能系统主要使用交-直-交的两变换器拓扑结构，没有特定控制方法的约束下，飞轮储能系统的飞轮侧电路与电网侧电路经直流侧的能量变换后完全解耦，难以利用飞轮装置为电网贡献惯性，进行频率调节。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种适用于飞轮储能装置的并网控制方法及系统，旨在解决现有并网装置无法使用飞轮储能装置快速响应电网变化进行电压调节和频率调节的技术问题。为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种适用于飞轮储能装置的并网控制方法，具体包括以下步骤：飞轮侧输出电压经锁相环控制，获取飞轮侧电路的工作频率；根据飞轮侧电路的工作频率，采用派克变换公式，将飞轮侧输出电流分解为飞轮侧d轴、q轴输出电流；将飞轮侧d轴输出电流与飞轮侧d轴电流参考值作差后，经过PI控制，输出飞轮侧d轴电压参考值；并且将直流侧实际电压与直流侧电压设定值作差后进行PI控制，输出飞轮侧q轴电流参考值；将飞轮侧q轴电流参考值与飞轮侧q轴输出电流作差后进行PI控制，输出飞轮侧q轴电压参考值；将飞轮侧d轴电压参考值与飞轮侧q轴电压参考值基于飞轮侧电路的工作频率的派克逆变换，得到飞轮侧三相交流电压参考值；将飞轮侧三相交流电压参考值送入SVPWM(SpaceVectorPulseWidthModulation)信号发生器，得到飞轮侧变流器的PWM(PulseWidthModulation)信号；利用飞轮侧变流器的PWM信号驱动飞轮侧变流器各开关管开断，将飞轮侧交流量转换为直流侧的直流量，并通过并联电容使直流侧实际电压稳定，更新直流侧实际电压；实时监测输出电压频率，根据频率-有功控制方程，调节向电网输出的输出有功功率，并对输出电压频率积分获取相位数据；实时监测输出电压有效值，根据电压-无功控制方程，调节向电网输出的输出无功功率，并采集电压-无功控制方程的输出量；对相位数据取正弦后与电压-无功控制方程的输出量相乘，相乘结果进行相位平移后获取对称的电网侧三相交流电压参考值；将对称的电网侧三相交流电压参考值送入SVPWM信号发生器，获取控制电网侧变流器的PWM信号；利用电网侧变流器的PWM信号驱动电网侧变流器的各开关管，将更新后的直流侧实际电压转换为电网侧的交流量；将电网侧的交流量经过LCL滤波去除高次谐波，得到三相对称的滤波后电压ui(i＝a,b,c)；将三相对称的正弦波输入交流电网中完成直流侧与电网侧的能量交换。优选地，构建电网侧变流器的频率-有功控制方程和电压-无功控制方程的方法为：通过检测电网侧三相交流量中的电网电流和滤波后电压，计算电网侧控制单元的输出有功功率、输出无功功率、输出电压有效值和输出电压频率；根据电网侧控制单元的输出有功功率、输出电压频率、有功功率设定值、额定电压频率、虚拟转动惯量和有功调整系数构建电网侧变流器的频率-有功控制方程；根据电网侧控制单元的输出无功功率、输出电压有效值，无功功率设定值、额定电压、虚拟调压系数和无功调整输出电压有效值系数构建电网侧变流器的电压-无功控制方程。基于上述的一种适用于飞轮储能装置的并网控制方法，另一方面，本专利技术提供了一种适用于飞轮储能装置的并网控制系统，包括：飞轮侧控制单元、电网侧控制单元和数据处理模块；飞轮侧控制单元包括电压控制模块、电流控制模块和SVPWM信号发生器；所述电压控制模块用于将直流侧实际电压与直流侧电压设定值作差后进行PI控制，输出飞轮侧q轴电流参考值；所述电流控制模块用于将飞轮侧d轴输出电流与飞轮侧d轴电流参考值作差后进行PI控制，输出飞轮侧d轴电压参考值；并将飞轮侧q轴电流参考值与飞轮侧q轴输出电流作差后进行PI控制，输出飞轮侧q轴电压参考值；所述SVPWM用于接收飞轮侧与电网侧的三相交流电压参考值，分别获取飞轮侧变流器的PWM信号与电网侧变流器的PWM信号；电网侧控制单元包括有功控制模块和无功控制模块；所述有功控制模块用于接收输出电压频率，根据频率-有功控制方程调节输出有功功率，并对输出电压频率积分获取相位数据；所述无功控制模块用于接收输出电压有效值，根据电压-无功控制方程调节输出无功功率，并采集电压-无功控制方程的输出量；数据处理模块用于根据飞轮侧d轴、q轴电压参考值及飞轮侧电路的工作频率，得到飞轮侧三相交流电压参考值；用于根据相位数据和电压-无功控制方程的输出量，获取电网侧三相交流电压参考值。优选地，数据处理模块还用于通过电网侧三相交流量中的电网电流和滤波后电压，计算电网侧控制单元的输出有功功率、输出无功功率、输出电压有效值和输出电压频率；根据电网侧控制单元的输出有功功率、输出电压频率、有功功率设定值、额定电压频率、虚拟转动惯量和有功调整系数构建电网侧变流器的频率-有功控制方程；根据电网侧控制单元的输出无功功率、输出电压有效值，无功功率设定值、额定电压、虚拟调压系数和无功调整输出电压有效值系数构建电网侧变流器的电压-无功控制方程。优选地，频率-有功控制方程为：其中，Pe为输出有功功率；ω为输出电压频率；Pset为有功功率设定值；ωn为额定电压频率；Jv为虚拟转动惯量；Dp为有功调整系数；优选地，电压-无功控制方程为：其中，Qe为电网侧控制单元的输出无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于飞轮储能装置的并网控制方法，其特征在于，包括：/n将飞轮侧d轴输出电流与飞轮侧d轴电流参考值作差后进行PI控制，输出飞轮侧d轴电压参考值；并且将直流侧实际电压与直流侧电压设定值作差后进行PI控制，输出的飞轮侧q轴电流参考值与飞轮侧q轴输出电流作差后PI控制，输出飞轮侧q轴电压参考值；/n根据飞轮侧d轴、q轴电压参考值及飞轮侧电路的工作频率，得到飞轮侧三相电压参考值后，利用SVPWM信号发生器，获取飞轮侧变流器的PWM信号；/n通过飞轮侧变流器的PWM信号驱动飞轮侧变流器更新直流侧实际电压；/n实时监测输出电压频率，根据频率-有功控制方程调节输出有功功率，并对输出电压频率积分获取相位数据；/n实时监测输出电压有效值，根据电压-无功控制方程调节输出无功功率，并采集电压-无功控制方程的输出量；/n根据相位数据和电压-无功控制方程的输出量，利用SVPWM信号发生器，获取电网侧变流器的PWM信号；/n利用电网侧变流器的PWM信号驱动电网侧变流器将更新后的直流侧实际电压转换为电网侧的交流量，并将其进行LCL滤波后，输入交流电网。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于飞轮储能装置的并网控制方法，其特征在于，包括：
将飞轮侧d轴输出电流与飞轮侧d轴电流参考值作差后进行PI控制，输出飞轮侧d轴电压参考值；并且将直流侧实际电压与直流侧电压设定值作差后进行PI控制，输出的飞轮侧q轴电流参考值与飞轮侧q轴输出电流作差后PI控制，输出飞轮侧q轴电压参考值；
根据飞轮侧d轴、q轴电压参考值及飞轮侧电路的工作频率，得到飞轮侧三相电压参考值后，利用SVPWM信号发生器，获取飞轮侧变流器的PWM信号；
通过飞轮侧变流器的PWM信号驱动飞轮侧变流器更新直流侧实际电压；
实时监测输出电压频率，根据频率-有功控制方程调节输出有功功率，并对输出电压频率积分获取相位数据；
实时监测输出电压有效值，根据电压-无功控制方程调节输出无功功率，并采集电压-无功控制方程的输出量；
根据相位数据和电压-无功控制方程的输出量，利用SVPWM信号发生器，获取电网侧变流器的PWM信号；
利用电网侧变流器的PWM信号驱动电网侧变流器将更新后的直流侧实际电压转换为电网侧的交流量，并将其进行LCL滤波后，输入交流电网。


2.根据权利要求1所述的并网控制方法，其特征在于，所述飞轮侧d轴、q轴输出电流的获取方法为：
飞轮侧输出电压经锁相环，获取飞轮侧电路的工作频率ωf；
根据飞轮侧电路的工作频率，采用派克变换公式，将飞轮侧输出电流分解为飞轮侧d轴、q轴输出电流。


3.根据权利要求1或2所述的并网控制方法，其特征在于，构建电网侧变流器的频率-有功控制方程和电压-无功控制方程的方法为：
通过检测电网侧三相交流量中的电网电流和滤波后电压，计算电网侧控制单元的输出有功功率、输出无功功率、输出电压有效值和输出电压频率；
根据电网侧控制单元的输出有功功率、输出电压频率、有功功率设定值、额定电压频率、虚拟转动惯量和有功调整系数构建电网侧变流器的频率-有功控制方程；
根据电网侧控制单元的输出无功功率、输出电压有效值，无功功率设定值、额定电压、虚拟调压系数和无功调整输出电压有效值系数构建电网侧变流器的电压-无功控制方程。


4.根据权利要求1或2所述的并网控制方法，其特征在于，所述飞轮侧变流器的PWM信号的获取方法为：
将飞轮侧d轴电压参考值与飞轮侧q轴电压参考值基于飞轮侧电路的工作频率的派克逆变换，得到飞轮侧三相交流电压参考值；
将飞轮侧三相交流电压参考值送入SVPWM信号发生器，得到飞轮侧变流器的PWM信号。


5.根据权利要求4所述的并网控制方法，其特征在于，所述电网侧变流器的PWM信号的获取方法为：
对相位数据取正...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈霞，许振宇，石梦璇，周建宇，文劲宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42