[发明专利]基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及直流微电网中的储能技术领域，特别涉及一种基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法。

背景技术

随着经济的快速增长，家庭用户、工业用户等电能消费者的电力需求不断增长，对构建坚强电网的需求也不断提高。同时，环境污染和能源危机促使能源结构逐渐调整，太阳能、风能等环境友好型能源将逐步代替煤、石油、天然气等传统的化石能源成为电网中电能的重要来源。新型能源的并网对分布式发电和微电网的相关技术提出了更高的要求，而储能装置是分布式发电和微电网的重要组成部分。

储能装置包括蓄电池储能、飞轮储能、超导储能、超级电容储能、抽水蓄能等，其中飞轮储能具有功率密度高、响应速度快、运行寿命长、环境友好、结构紧凑等优点，成为具有较大潜力的一种储能方式。现今飞轮储能在电力调峰、不间断供电、航天航空、公共交通等领域都已经有了较为广泛的应用。

目前关于飞轮储能控制策略并且具有代表性的相关技术包括以下几种：

(1)中国科学院电工研究所.一种飞轮储能系统并网控制方法及其储能系统.中国发明专利,CN103280836A,2013-05-23。

(2)刘学,姜新建,张超平,等.大容量飞轮储能系统优化控制策略[J].电工技术学报,2014,29(3):75-82。

(3)熊倩,廖勇,姚骏.含飞轮储能单元的直驱永磁风力发电系统有功功率平滑控制[J].电力自动化设备,2013,33(5):97-105。

(4)王磊,杜晓强,宋永端.用于飞轮储能单元的神经元自适应比例-积分-微分控制算法[J].电网技术,2014,38(1):74-79。

(5)郭伟,王跃,李宁.永磁同步电机飞轮储能系统充放电控制策略[J].西安交通大学学报,2014,48(10):60-65.

以上多个相关技术中都采用矢量控制的思路，将飞轮储能系统中的三相静止坐标系(ABC坐标系)通过克拉克变换和派克变换，转换到两相旋转坐标系(dq坐标系)，从而将飞轮储能系统中时变的三相电压和三相电流转化成了恒定的两相电压和两相电流，但具体的控制方法有所不同。其中相关技术(1)中的机侧变流器采用外环电压内环电流的双闭环控制策略，实现变流器直流母线的电压恒定以及飞轮储能装置的充电运行和放电运行。相关技术(2)的飞轮储能系统在充电时采用外环转速内环电流的双闭环PI控制使飞轮提速，放电时采用外环电压内环电流的双闭环PI控制来维持直流母线电压的稳定。相关技术(3)利用飞轮储能装置来平抑风力发电系统的功率波动，飞轮储能采用的控制方法为外环功率内环电流的双闭环控制。相关技术(4)将神经网络算法用于飞轮储能系统控制中，控制的整体思路依然是外环转速内环电流的双闭环控制策略，通过神经网络算法来对控制器中的PID参数进行调整。相关技术(5)专门对飞轮储能的放电控制进行了研究，控制方法仍然是外环电压内环电流的双闭环控制，但是将转速考虑进了电压环的控制。

以上多个相关技术中都是通过闭环的方式实现对飞轮储能系统的控制。电压外环电流内环或者转速外环电流内环的双闭环控制策略实现了多目标控制，反馈的引入也提高了控制的精度，因此也在工程中得到了广泛的应用。但是，闭环控制给系统引入了惯性环节，不利于系统的快速响应。相关技术(5)的电压外环控制中虽然考虑了转速的影响，减小了控制惯性，但是仍然没有从根本上解决闭环带来的惯性延迟问题。在一些对飞轮响应速度要求较高的场合中，简单的闭环控制无法满足要求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法，该方法能够提高控制的响应速度及开环控制的精确度。