[发明专利]微电网下提高飞轮储能装置放电深度的控制方法

说明书

本发明公开了微电网下提高飞轮储能装置放电深度的控制方法，包括以下步骤：选取接入微电网的飞轮电机的数学模型；将飞轮电机转速与飞轮电机输出电压简化为正比关系，比例系数设为k；根据上述比例系数及飞轮电机转速得到飞轮电机经过整流后的输出电压即Cuk电路的输入电压U_in；Cuk电路的输入电压经过Cuk电路电压变换后输出电压U_o；根据产生控制信号的PWM发生器运行原理、Cuk电路的输入电压U_in及经过Cuk电路电压变换后输出电压U_o得到PWM发生器控制信号u的表达式。最后加入PID控制模块。飞轮电机的转速跟踪与PID的联合控制可以既保证飞轮储能的深度放电，又能保证飞轮储能的快速反应与电压稳定。

技术领域

本发明涉及控制技术领域，特别是涉及微电网下提高飞轮储能装置放电深度。

背景技术

由于微电网的迅速发展，实现了大范围新能源发电资源的开发利用，以及偏远山区海岛与移动载具的电气化。微电网作为一个小范围的电网，其发电与负荷均存在大波动与不确定性。对此接入储能调节是一种效果显著的应对措施，其相对于传统的一次调频二次调频等措施更加可靠迅速，并且更加经济。

飞轮储能作为一种依靠飞轮旋转动能存储能量的储能设备，具有功率密度高与能量密度高的双重优势，并且完全放电不会影响其寿命与性能，对环境无污染，是电网调节的最佳选择并且性价比最高。

现有的飞轮系统放电控制策略有：PID控制与自定义的算法控制。已有的对于飞轮放电控制策略都是以稳定飞轮储能系统的输出电压和功率为目标，所以可以快速建立稳压电压并且抗扰动。

现有的飞轮系统放电控制策略存在的问题是：均未考虑放电深度并且存在放电深度不足的问题，具体表现为在飞轮转速降至一半时输出电压无法维持。如果飞轮系统接入电网后输出电压低于电网电压，则会导致飞轮系统无法放电。并且飞轮放电电压达不到目标电压会对电网产生不利影响也需要切除。

在实际应用的飞轮储能电站上，美国纽约州电站放电深度也只有75％。放电深度低会导致飞轮经济性下降，性价比降低。如果提高了放电深度则可以在相同储能容量下提高储能的调节能力，在相同的调节需求上节约储能设备的投 资与占地空间。

综上所述，基于上述传统研究与应用存在的问题，本申请的目的在于提出并验证一种新型控制方式提高飞轮储能在电网中的可放电深度。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了微电网下提高飞轮储能装置放电深度的控制方法，本发明飞轮的转速跟踪控制可以有效地提高飞轮储能的放电深度，从而增加了飞轮储能的容量利用率，以此为基础的储能容量配置更为经济，同时可以在微电网中节约储能设备的占地面积与装置重量。

微电网下提高飞轮储能装置放电深度的控制方法，包括以下步骤：

选取接入微电网的飞轮电机的数学模型，根据该数据模型得到转速是飞轮电机输出电压首要影响因素，且在飞轮电机空载情况下成正比；

将飞轮电机转速与飞轮电机输出电压简化为正比关系，比例系数设为k；

根据上述比例系数及飞轮电机转速得到飞轮电机经过整流后的输出电压即Cuk电路的输入电压U_in；

Cuk电路的输入电压经过Cuk电路电压变换后输出电压U_o；

根据产生控制信号的PWM发生器运行原理、Cuk电路的输入电压U_in及经过Cuk电路电压变换后输出电压U_o得到PWM发生器控制信号u的表达式；