本发明专利技术属于电力的发电、变电或配电技术领域，涉及一种飞轮储能系统恒压放电控制方法：设置一个电压调节单元，将DC/DC电路的直流输出电压与设定电压进行比较，当输出电压与设定电压的差值较大时，按最大最小输出调节，当差值较小时进行比例积分调节输出；设置一个电流调节单元，将采样电流平均值与电流设定值进行比较：当二者相差较大时，进行最大最小输出调节；当二者相差较小时进行比例积分调节，同时对输出进行限幅；并根据电流调节单元的输出，通过数字控制芯片的比较器与计数器进行驱动信号的占空比D的调节，进而驱动大功率DC/DC电路。本发明专利技术能够实现快速放电的同时在一定放电深度条件下维持输出直流电压恒定。
Constant pressure discharge control method for flywheel energy storage system
The invention belongs to the electric power generation, transformation and power distribution technology field, relates to a flywheel energy storage system with constant voltage discharge control method: set a voltage adjusting unit, the DC output voltage of DC/DC circuit is compared with the set voltage, when the output voltage and the setting voltage difference is large, adjusted to the maximum and minimum output. When the value is small for proportional integral control output; a current adjustment unit, the sampling average current and current setting value comparison: when the two difference is larger, the maximum minimum output adjustment; when the difference between the two hours is proportional integral control, while the output according to the output current limiting; control unit, drive signal duty ratio of D is regulated by the comparator and counter digital control chip, and a high-power DC/DC drive circuit. The invention can realize fast discharge while maintaining constant output DC voltage under certain discharge depth condition.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力的发电、变电或配电
，涉及一种飞轮储能系统控制方法。
技术介绍
随着全球资源和环境压力不断增大，开发绿色能源、实现可持续发展已成为各国 关注的焦点。飞轮储能电源作为一种清洁、环保、大功率的储能方式，具有使用寿命长、稳定 性高，充放电速度快等优点，在电力行业中的能量转换与存储、维持供电可靠性等方面得到 越来越多的推广应用。无刷直流电机具有可靠性高、工作寿命长、效率高、控制性能好的优点，被大量应 用于飞轮储能装置中来实现电能与机械能的相互转换。目前，含三相无刷直流电机的飞轮 储能装置包括电机，高速飞轮，三相全桥电路及其驱动电路，DC/DC斩波电路及驱动控制和 数字控制平台。在放电过程中，电机将高速飞轮的机械能转化为电能，通过三相全桥电路和 DC/DC电路将电能进行输出，随着能量减少，飞轮转速下降，电机的电压不断下降，并且电压 的下降速度随着释放能量的速度而变化，对保持飞轮储能系统输出电压的恒定造成一定困 难。目前，飞轮储能系统放电时，电压调节主要通过三相全桥电路进行不控整流将交 流电压变为直流电压，然后通过DC/DC电路进行PWM斩波控制、调节电压，使得输出直流电 压恒定。在飞轮储能的应用中，往往要求输出直流电压恒定且响应快，在整流测直流电压下 降速率变化的情况下仍能通过对DC/DC电路的调节，实现一定放电深度条件下稳定输出电 压并保持电压恒定的功能。考虑到电力电子元件的非线性及其电压下降速率的变化情况， 传统的线性控制方法难以适应飞轮储能装置的恒压放电要求，而滑模控制又需要不断改变 DC/DC电路中开关管的开关频率，使得电路的滤波变得更加困难，其最高开关频率还需要接 近无穷大，使得实际应用存在技术障碍；非线性的神经网络控制方法的实现需要进行大量 实验，不断优化神经元权重来实现神经元参数的调整。因此飞轮储能装置的应用的关键技 术之一在于通过简单可靠的控制算法对DC/DC进行控制来实现快速恒压放电。当前，电能质量问题是用户最为关心的，而电压跌落是影响电力系统中的电能质 量的主要因素，它的发生往往是因为电机负荷的突然启动、加速或系统的扰动。为了解决电 压跌落这一问题，需要储能系统补偿跌落部分电压以维持系统电压恒定。飞轮储能系统在 不控情况下放电时，随着电机转速的不断下降，其端电压也在不断降低，使得补偿效果差； 因而需要调节电机输出端电压，使其保持恒定，在飞轮系统的输出电压恒定后在逆变时进 行相应的电压补偿，补偿效果好，易于实现。
技术实现思路
为了实现含三相无刷直流电机的飞轮储能装置的恒定电压放电，本专利技术提出一种 ，实现快速放电的同时在一定放电深度条件下维持输出直 流电压恒定。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种，用于包括DC/DC电路、三相全桥电路和三 相无刷直流电机的飞轮储能系统，采用下列的恒压放电控制方法对DC/DC电路的电感电流进行实时采样，对单开关周期内的电流采样值进行平均 计算得到Icy ；对DC/DC电路的直流输出电压Udcl实时采样，得到采样值Ucy ；设置一个电压调节单元，设定参数包括电流设定值I，最大输出Ioutmax，最小输 出Ioutmin,最小差值Imax,最大差值Imin,；通过对DC/DC的输出电压的采样值Ucy与电压设定值U进行比较，得到电压差，当 电压差大于最大差值krrmax，电压调节单元输出最大输出值Uoutmax，当电压差小于最小 差值mrrmin，电压调节单元输出最小输出值Uoutmin ；当电压差在其他范围内，进行比例 积分调节，并对电压比例积分调节的输出Uout进行限幅。设置一个电流调节单元，设定参数包括设定电流值I，最大输出Ioutmax，最小输 出Ioutmin,最小差值Imax,最大差值Imin ；将电压调节单元的输出Uout赋值给电流调节单元的设定电流值I，再与采样电流 值Icy进行比较，得到电流差值，当电流差值大于电流调节单元的最大差值Imax，就进行输 出最大输出Ioutmax，调节DC/DC电路使电压快速上升；当电流差值小于电流调节单元的最 小差值Imin，就输出最小输出Ioutmin，调节DC/DC电路使电压下降；在其他范围内进行比 例积分调节，同时对电流比例积分调节的输出Iout进行限幅；根据电流调节单元的输出lout，进行驱动信号的占空比调节，进而驱动大功率 DC/DC电路。本专利技术通过数字平台进行飞轮储能装置快速恒压放电控制，考虑飞轮放电的电机 电压变化的不定性，通过电压调节单元的最大最小输出进行限制电路电流，有效防止线路 过流；同时实现快速放电的功能。与此同时，电流调节单元对DC/DC的能量传递核心——电 感的电流进行最大最小占空比调节提高了电路响应能力，实现在电机转速快速下降时保持 输出电压恒定。附图说明图1含无刷直流电机的飞轮储能控制原理图。图2恒压放电的控制算法框图。图3电压调节单元框图。图4电流调节单元框图。附图中及文字中各标号的含义；D为占空比；Udc为飞轮储能电池的直流输出电 压；Il为DC/DC电路的电感电流；Ucy为输出电压的采样值，电感测量值的平均值Icy。电压调节单元中各标号含义U为设定电压值，最大输出Uoutmax，最小输出 Uoutmin，输出Uout，最小差值^irrmin，最大差值^irrmax，设定电压与采样电压的差值 Uerr0电流调节环节中各标号含义电流设定值I，最大输出Ioutmax，最小输出 Ioutmin，输出lout，最小差值Imax，最大差值Imin，设定电流值与电感电流的平均值的差值。具体实施例方式本专利技术针对含三相无刷直流电机的飞轮装置的放电控制，并要求DC/DC电路中由 电感传递能量。本专利技术涉及的飞轮储能控制电机的DC/DC电路的快速放电控制以数字控制 平台为依托，其控制方法主要通过以下两个环节来完成电压调节单元，电流调节单元。一次硬件电路包括DC/DC电路，三相全桥电路及电机及其驱动电路，如图1所示， 其中三相全桥电路进行不控整流。数字控制平台，有数字处理器，高速A/D芯片。如图2所 示，控制算法包括A/D采样，电压电流调节单元，驱动信号生成。1A/D 采样通过高速A/D对DC/DC电路的电感电流进行实时采样，对单开关周期内的电流采 样值进行平均计算得到Icy ；通过高速A/D对DC/DC电路的直流输出电压Udcl实时采样， 得到采样值Ucy。2电压调节单元电压调节单元，如图3所示，参数包括电压设定值U，最大输出Uoutmax，最小输 出Uoutmin，输出Uout，最小差值化！·!·!^!!，最大差值mrrmax，设定电压与采样电压的差值 Uerr0通过采样电压Ucy与设定电压U进行比较，得到电压差Uerr，当电压差Uerr小 于最大差值mrrmax，电压调节单元输出最大输出Uoutmax ；当电压差^rr小于最小差值 Uerrmin,电压调节单元输出最小输出Uoutmin ；当输出电压与设定电压差^rr在其他范围 内，进行比例积分调节输出Uout，并对电压比例积分调节的输出Uout进行限幅。3电流调节单元电流调节单元，如图4所示，参数包括电流设定值I，最大输出Ioutmax，最小输出 Ioutmin，输出lout，最小差值Imax，最大差值Imin，本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种飞轮储能系统恒压放电控制方法，用于包括ＤＣ／ＤＣ电路、三相全桥电路和三相无刷直流电机的飞轮储能系统，其特征在于，采用下列的恒压放电控制方法：对ＤＣ／ＤＣ电路的电感电流进行实时采样，对单开关周期内的电流采样值进行平均计算得到Ｉｃｙ；对ＤＣ／ＤＣ电路的直流输出电压Ｕｄｃ１实时采样，得到采样值Ｕｃｙ；设置一个电压调节单元，设定参数包括：电流设定值Ｉ，最大输出Ｉｏｕｔｍａｘ，最小输出Ｉｏｕｔｍｉｎ，最小差值Ｉｍａｘ，最大差值Ｉｍｉｎ，；通过对ＤＣ／ＤＣ的输出电压的采样值Ｕｃｙ与电压设定值Ｕ进行比较，得到电压差，当电压差大于最大差值Ｕｅｒｒｍａｘ，电压调节单元输出最大输出值Ｕｏｕｔｍａｘ，当电压差小于最小差值Ｕｅｒｒｍｉｎ，电压调节单元输出最小输出值Ｕｏｕｔｍｉｎ；当电压差在其他范围内，进行比例积分调节，并对电压比例积分调节的输出Ｕｏｕｔ进行限幅；设置一个电流调节单元，设定参数包括：设定电流值Ｉ，最大输出Ｉｏｕｔｍａｘ，最小输出Ｉｏｕｔｍｉｎ，最小差值Ｉｍａｘ，最大差值Ｉｍｉｎ；将电压调节单元的输出Ｕｏｕｔ赋值给电流调节单元的设定电流值Ｉ，再与采样电流值Ｉｃｙ进行比较，得到电流差值，当电流差值大于电流调节单元的最大差值Ｉｍａｘ，就进行输出最大输出Ｉｏｕｔｍａｘ，调节ＤＣ／ＤＣ电路使电压快速上升；当电流差值小于电流调节单元的最小差值Ｉｍｉｎ，就输出最小输出Ｉｏｕｔｍｉｎ，调节ＤＣ／ＤＣ电路使电压下降；在其他范围内进行比例积分调节，同时对电流比例积分调节的输出Ｉｏｕｔ进行限幅；根据电流调节单元的输出Ｉｏｕｔ，进行驱动信号的占空比调节，进而驱动大功率ＤＣ／ＤＣ电路。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李永丽，袁金桥，谈震，孙杰，李博通，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12
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