基于直流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及直流微电网中的储能技术领域，特别设及一种基于直流并网飞轮储能 系统的快速动态响应控制方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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W下几种：
[0005] (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。
[0006] (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。
[0007] (3)熊倩，廖勇，姚驗.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。
[000引（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。
[0009] (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.
[0010] W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=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=相电压和=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W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。相关技术巧)专口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。
[0011] W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】
[0012] 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。
[0013] 为此，本发明的目的在于提出一种基于直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。
[0014] 为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种基于直流并网飞轮储能系统的快 速动态响应控制方法，所述飞轮储能系统包括所述飞轮储能系统接入的直流微电网、并网 开关、直流母线电容、电力电子变流器、飞轮，其中，所述飞轮包括同轴连接的飞轮电机和飞 轮转子，所述控制方法包括W下步骤:获取所述飞轮电机的位置信息06,并根据所述位置信 息将=相静止坐标系变换为两相旋转坐标系，并将所述两相旋转坐标系变换为两相静止 坐标系；获取飞轮电机定子=相电流13、16、1。经过坐标变换后得到两相旋转坐标系下的直 流分量id、iq;获取所述飞轮的转速n和飞轮的参考转速n*，并根据所述飞轮的转速n和飞轮 的参考转速n*计算得到功率参考值P*;根据所述功率参考值P*和飞轮的转速n计算得到飞 轮电机定子立相电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值id*、iq*;判断所述储能系统的 工作模式，如果所述储能系统处于充电控制模式，则将所述1。*和《 eLq相乘并取反后与Rsid 和d轴误差校正值相加得到所述电力电子变流器交流侧输出电压的d轴分量参考值Ud*,并 将所述飞轮电机定子=相电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值id*和COeLd相乘，再 与Rsiq、COeWr和q轴误差校正值相加得到所述电力电子变流器交流侧输出电压的q轴分量 参考值Uq*,其中，所述充电控制模式下d轴误差校正值根据所述飞轮电机定子=相电流在 两相旋转坐标系中的直流分量id、iq及转速n计算得到，所述充电控制模式下q轴误差校正值 根据所述飞轮电机定子=相电流在两相旋转坐标系中的直流分量id及转速n计算得到，W 及如果所述储能系统处于放电模式，则将所述飞轮电机定子S相电流在两相旋转坐标系中 的直流分量参考值1扑和《 61補乘，再与所述1^。、《 ey^和q轴误差校正值相加得到所述电 力电子变流器交流侧输出电压的q轴分量参考值Uq*,并将所述iq*和COeLq相乘并取反后与 Rsid和d轴误差校正值相加得到所述电力电子变流器交流侧输出电压的d轴分量参考值Ud*, 其中，所述放电控制模式下d轴误差校正值根据所述飞轮储能系统的直流母线电压Udc计算 得到，所述放电控制模式下q轴误差校正值根据所述飞轮电机定子=相电流在两相旋转坐 标系中的直流分量id及转速n计算得到，其中，COe为飞轮的旋转电角速度，Lq为飞轮电机的q 轴电感，私为飞轮电机的定子电阻，Ld为飞轮电机的d轴电感，Wr为飞轮电机的永磁磁链;对 所述电力电子变流器交流侧输出电压的d轴分量参考值Ud*及所述电力电子变流器交流侧 输出电压的q轴分量参考值Uq*进行坐标变换后得到两相静止坐标系下的交流分量Ua*及 ue*; W及对所述两相静止坐标系下的交流分量Ua*、ue*及所述飞轮储能系统的直流母线电 压Ud。进行PWM调制后得到控制所述电力电子变流器的PWM信号。
[0015] 根据本发明实施例的基于直流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法，通过 对飞轮储能系统模型的分析，采用了开环控制的思路，减小了闭环控制惯性对