[发明专利]一种储能飞轮并联阵列系统的控制方法

说明书

本发明涉及一种储能飞轮并联阵列系统的控制方法，是将多台大电量高功率储能飞轮并联成飞轮阵列，在充电、待机、放电三种不同阶段，通过检测每台飞轮反馈电量信息，采用不同的控制算法，合理的分配给每台飞轮充/放电功率，使阵列中的每台飞轮储电量趋于一致，从而达到每台飞轮的动态性能最优状态。其系统包括储能飞轮、一体化飞轮储能变流器、并网开关、EtherCAT总线。一体化飞轮储能变流器基于ZYNQ平台，实现了单台飞轮充放电控制、磁悬浮轴承控制、主控系统三控一体化设计，简化了飞轮控制系统间复杂的通讯设计，降低了硬件成本的同时，提高了系统的可靠性。

技术领域

本发明属于电力领域，涉及一种大电量高功率储能飞轮并联的阵列控制方法。

背景技术

传统的储能调频在电力系统调频等领域已经无法满足大功率高频次充放电的系统要求，储能飞轮依靠其单体大功率、充放电寿命长、免维护、安全无燃爆、配套环境要求低等显著特征，逐渐受到电力系统调频、轨道交通、特种装备等领域的欢迎和认可。

为满足用户的储电量和功率两方面需求，储能飞轮系统在工业领域的应用多数是以多台飞轮并联组成飞轮阵列的形式体现。每台储能飞轮都是一种大惯量高速旋转储能体，储存能量的多少是通过与储能体连接为一体的转轴的线速度来表示。由于时间累积误差存在和单体功耗的差异性，在进行充放电过程中，会造成每台飞轮的储电量略有不同，或者飞轮阵列中某一台飞轮出现故障停机，会导致飞轮阵列整体无法正常工作，目前现有专利给阵列中的每台飞轮下发充放电指标多是默认飞轮状态一致，但在实际工况下，频繁充放电必然会导致每台飞轮状态不一致，通过功率平均分配的方式显然不合理，无法使储能飞轮阵列达到最优动态性能的状态。久而久之更会导致飞轮阵列中的每台飞轮特性差异越来越大，影响飞轮阵列的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是克服现有控制方法在储能飞轮并联阵列的功率分配问题上体现出的不足，在飞轮工作的三种状态：充电状态、放电状态、保持状态下根据反馈数据，判断阵列中的每台飞轮的状况，合理调整控制方法，使每台飞轮在完成系统命令动作的前提下，达到最优动态性能和电量均衡。

本发明所提出的技术方案是：一种储能飞轮并联阵列系统的控制方法，所述储能飞轮并联阵列系统包括储能飞轮、一体化飞轮储能变流器、并网开关、EtherCAT总线和公共交流母线；储能飞轮通过一体化飞轮储能变流器与并网开关连接到公共交流母线，储能飞轮阵列是将多个储能飞轮并联到公共交流母线，飞轮阵列的每个一体化飞轮储能变流器通过EtherCAT总线进行连接形成通讯网络；每个一体化飞轮储能变流器通过EtherCAT总线同时接收上级系统下发的指令，上电后每个飞轮的一体化飞轮储能变流器自检测系统健康状态并自动进行悬浮。

进一步的，每台储能飞轮的一体化飞轮储能变流器通过EtherCAT总线接收到上级系统充放电命令后，根据系统级的诊断，判断当前飞轮阵列整体状况，所判断状态包括每台飞轮储电量、充放电控制系统状态、磁悬浮轴承状态、真空系统状态、环境温湿度状态、交直流母线状态、并网开关状态，满足状态的条件下，飞轮阵列根据上一级充放电指令实现充放电控制或通过检测母线电压实现自动充放电控制。

进一步的，所述储能飞轮并联阵列系统工作过程分为三种状态：状态一，充电模式；状态二、放电模式；状态三，待机模式，根据一体化飞轮储能变流器会检测每台飞轮的当前转速确定当前工作状态。

进一步的，所述储能飞轮并联阵列系统的状态一为充电模式，飞轮阵列接收到上级系统下发的充电命令或检测到母线电压高于充电阈值时，一体化飞轮储能变流器会检测每台飞轮的当前转速，得知每台飞轮的当前电量，如果每台飞轮的当前转速相同，说明每台飞轮的当前电量相同，那么每台飞轮的一体化飞轮储能变流器就会按照额定功率将飞轮充电至额定转速，即满电状态；否则，如果检测到每台飞轮的当前转速不同，说明每台飞轮的当前电量不同，根据按照每台飞轮的实际电量，系统加权分配充电功率给每台飞轮，使每台飞轮的电量快速均衡，并同步加速到额定转速，完成充电。