一种飞轮储能对配电网电压暂降系统及其使用方法与流程

1.本发明涉及变电站的飞轮储能技术领域，特别的为一种飞轮储能对配电网电压暂降系统及其使用方法。


背景技术：

2.飞轮能量储存系统是一种能量储存方式，它通过加速转子(飞轮)至极高速度的方式，用以将能量以旋转动能的形式储存于系统中。当释放能量时，根据能量守恒原理，飞轮的旋转速度会降低；而向系统中贮存能量时，飞轮的旋转速度则会相应地升高，大多数fes系统使用电流来控制飞轮速度，同时直接使用机械能的设备也正在研发当中，高能的fes系统所使用的转子是由高强度碳纤维制成的，并通过磁悬浮轴承实现悬浮，在真空罩内转子的转速可达到20,000到50,000rpm。这类飞轮可以在几分钟内达到所需的速度——远远快于其他形式的能量存储。
3.目前治理电压暂降常用的方法为在敏感负荷处安装动态电压恢复器(dvr)，但dvr成本较高，由于安装费用以及安装责任划分不明确等问题，在国内的利用率不高。
4.综上所述，研发一种飞轮储能对配电网电压暂降系统及其使用方法，仍是电力系统技术领域中急需解决的关键问题。


技术实现要素：

5.本发明提供的发明目的在于提供一种飞轮储能对配电网电压暂降系统及其使用方法，解决上述背景技术中的问题。
6.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种飞轮储能对配电网电压暂降系统，包括电压暂降的检测单元、电压暂降的补偿计算单元和飞轮充放电控制单元三个部分。
7.进一步的，电压暂降的检测单元部分采用基于瞬时无功理论的qd变换法；
8.电压暂降的补偿计算单元方式采用同相位补偿法，输出电压幅值小、补偿速度快、可补偿电压范围大；
9.飞轮充放电控制单元：飞轮充电的控制策略采用转速和电流双闭环控制策略。
10.进一步的，转速闭环控制将电机的实际转速与参考转速进行比较，其误差通过pi控制器输出后得到参考电流电流闭环控制采用i
d
＝0的控制方式，将得到的参考电流与电机实际电流进行比较后经pi控制器得到dq坐标系下的参考电压，再经过空间矢量脉宽调制模块产生逆变器的驱动指令。
11.进一步的，飞轮储能系统放电时，电机侧双向变换器进行三相pwm整流，随着放电的进行，飞轮的转速逐渐下降，永磁同步电机输出的电压也随之下降，外环电压控制将给定直流母线电压与实际电压进行比较，得到的误差经过pi控制器后q轴电流给定值。
12.进一步的，电流内环将电流实际值与给定值比较后，经pi控制器得到dq坐标系下的参考电压，再经过空间矢量脉宽调制模块产生逆变器的驱动指令。
13.一种飞轮储能对配电网电压暂降系统的使用方法，包括以下步骤：
14.s1、在飞轮储能承担调频任务时，k2处于闭合状态，飞轮储能通过并联变压器接入变电站10kv交流母线；
15.s2、同时k1处于闭合状态，k3断开，串联变压器不起作用；
16.s3、当线路下游发生电压暂降需要飞轮储能进行电压暂降补偿时，若此时飞轮储能不处于充电状态，则k1断开，k3闭合，飞轮储能通过串联变压器接入变电站出线，保护线路下游敏感负荷；
17.s4、当电网电压有效值低于0.9p.u.时，电压暂降补偿计算单元计算出需要提供的补偿电压，并将放电信号给到飞轮充放电控制单元，控制飞轮进行放电；
18.s5、若没有发生电压暂降，则充放电控制单元保持飞轮转速不变，飞轮储能系统充电时，电机侧变换器进行逆变，随着充电的进行，飞轮转速从零逐渐增加到给定的参考转。
19.本发明提供了一种飞轮储能对配电网电压暂降系统及其使用方法。具备以下有益效果：
20.1、本发明针对dvr利用率不高这一问题，并考虑充分利用飞轮储能，在飞轮储能配合新能源发电的同时，将其用于解决配电网电压暂降问题。
21.2、本发明不仅能够解决配电网电压暂降对敏感用户造成的影响，又可以避免额外安装dvr所支付的费。
22.3、本发明承担配合新能源任务的飞轮储能通过并联变压器接入电网，为起到补偿电压暂降的效果，飞轮储能通过双pwm变换器以及串联变压器串联到变电站出线，相当于串联dvr的工作模式，飞轮储能在容量充足且优先满足新能源发电需求的前提下，通过串联变压器进行电压暂降补偿。
23.4、本发明采用双pwm变换器的好处在于飞轮储能承担配合新能源发电应用场景与承担补偿电压暂降的应用场景时工作电路互不影响，并且采用串联的方式进行电压补偿所需要的电压较小。
附图说明
24.图1为本发明系统的拓扑结构图；
25.图2为本发明的控制系统的逻辑框图。
具体实施方式
26.如图1
‑
2所示：一种飞轮储能对配电网电压暂降系统，包括整个控制系统包括电压暂降的检测单元、电压暂降的补偿计算单元和飞轮充放电控制单元三个部分。
27.电压暂降的检测部分采用基于瞬时无功理论的qd变换法，可以没有延时地检测电压有效值的变化情况，及时地控制飞轮储能进行补偿，并依据电压检测的结果对飞轮进行充放电转换的控制。
28.电压暂降补偿方式采用同相位补偿法，输出电压幅值小、补偿速度快、可补偿电压范围大，同时采用响应速度较快的前馈控制的方式。
29.飞轮的充放电控制方式：飞轮充电的控制策略采用转速和电流双闭环控制策略，转速闭环控制将电机的实际转速与参考转速进行比较，其误差通过pi控制器输出后得到参
考电流，电流闭环控制采用的控制方式，将得到的参考电流与电机实际电流进行比较后经pi控制器得到dq坐标系下的参考电压，再经过空间矢量脉宽调制模块产生逆变器的驱动指令，飞轮储能系统放电时，电机侧双向变换器进行三相pwm整流，随着放电的进行，飞轮的转速逐渐下降，永磁同步电机输出的电压也随之下降，电机侧整流器的控制方式应保证输出的直流电压稳定，因此飞轮储能放电时采用直流母线电压和电机电流双闭环的控制方式，外环电压控制将给定直流母线电压与实际电压进行比较，得到的误差经过pi控制器后q轴电流给定值，电流内环将电流实际值与给定值比较后，经pi控制器得到dq坐标系下的参考电压，再经过空间矢量脉宽调制模块产生逆变器的驱动指令。
30.一种飞轮储能对配电网电压暂降系统的使用方法，包括以下步骤：
31.步骤一、在飞轮储能承担调频任务时，k2处于闭合状态，飞轮储能通过并联变压器接入变电站10kv交流母线；
32.步骤二、同时k1处于闭合状态，k3断开，串联变压器不起作用；
33.步骤三、当线路下游发生电压暂降需要飞轮储能进行电压暂降补偿时，若此时飞轮储能不处于充电状态，则k1断开，k3闭合，飞轮储能通过串联变压器接入变电站出线，保护线路下游敏感负荷；
34.步骤四、当电网电压有效值低于0.9p.u.时，电压暂降补偿计算单元计算出需要提供的补偿电压，并将放电信号给到飞轮充放电控制单元，控制飞轮进行放电；
35.步骤五、若没有发生电压暂降，则充放电控制单元保持飞轮转速不变，飞轮储能系统充电时，电机侧变换器进行逆变，随着充电的进行，飞轮转速从零逐渐增加到给定的参考转速。
36.在变电站飞轮储能承担平抑新能源发电功率波动及调频任务的结构基础上，增加串联变压器部分，其拓扑结构如附图1所示。
37.承担配合新能源任务的飞轮储能通过并联变压器接入电网，为起到补偿电压暂降的效果，飞轮储能通过双pwm变换器以及串联变压器串联到变电站出线，相当于串联dvr的工作模式，飞轮储能在容量充足且优先满足新能源发电需求的前提下，通过串联变压器进行电压暂降补偿。
38.采用双pwm变换器的好处在于飞轮储能承担配合新能源发电应用场景与承担补偿电压暂降的应用场景时工作电路互不影响，并且采用串联的方式进行电压补偿所需要的电压较小。
39.以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。