CN105552943B - 基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法 - Google Patents

基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明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，包括电网侧变流器控制策略和飞轮侧变流器控制策略，在充电模式下，电网侧变流器控制目标是飞轮储能系统中的直流母线电压Udc保持在给定值Udc*以及电网侧变流器的单位功率因数输入，飞轮侧变流器的控制目标是飞轮迅速升速至最高转速；放电模式下，电网侧变流器的控制目标是按照给定的有功功率指令P*和无功功率指令Q*发出相应的有功功率P和无功功率Q，使得P＝P*，Q＝Q*。飞轮侧变流器的控制目标是维持飞轮储能系统直流母线电压Udc恒定，等于给定值Udc*。本发明能够提高控制的响应速度及开环控制的精确度。

Description

基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法
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。
为了实现上述目的，本发明的实施例提出了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，飞轮储能系统包括飞轮储能系统接入的电网、LCL滤波器、电网侧变流器、直流母线电容、飞轮侧变流器和飞轮，其中，飞轮包括同轴连接的飞轮电机和飞轮转子，该控制方法包括以下步骤：对电网侧变流器的控制：获取电网电压的相位信息ωgt，并根据相位信息ωgt将三相静止坐标系变换为两相旋转坐标系，并将两相旋转坐标系变换为两相静止坐标系，其中，ωg为电网角频率；获取电网的三相电压usa、usb和usc经过坐标变换后得到的两相旋转坐标系下的直流分量usd、usq；判断飞轮储能系统的工作模式，如果所述飞轮储能系统处于充电控制模式，则获取所述飞轮储能系统的功率参考值P*，并根据功率参考值P*和三相电压在q轴的直流分量usq计算得到电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*，并将电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*与ωg(L1+L2)相乘并取反后与三相电压在d轴的直流分量usd和d轴误差校正值相加得到电网侧变流器交流侧输出电压d轴参考值u1d*，并通过滤波电容对三相电压在q轴的直流分量usq、电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*进行电流补偿，得到电网侧变流器输出电流d轴参考值i1d*，其中，将电网侧变流器输出电流d轴参考值i1d*与ωg(L1+L2)相乘后与三相电压在q轴的直流分量usq相加得到电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*，其中，充电控制模式下d轴误差校正值根据飞轮储能系统的直流母线电压Udc计算得到，以及如果飞轮储能模式处于放电控制模式，则获取电网侧变流器交流输出侧三相电流i1a、i1b和i1c经过坐标变换后得到的两相旋转坐标系下的直流分量i1d、i1q，并获取飞轮储能系统的功率参考值P*，并根据功率参考值P*和三相电压在q轴的直流分量usq计算得到电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*，并将电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*与ωg(L1+L2)相乘并取反后与三相电压在d轴的直流分量usd和d轴误差校正值相加得到电网侧变流器交流侧输出电压d轴参考值u1d*，并获取飞轮储能系统的无功功率参考值Q*，并根据无功功率参考值Q*、三相电压在q轴的直流分量usq和滤波电容电流补偿值计算得到电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1d*，其中，放电控制模式下d轴误差校正值根据三相电流在d轴的直流分量i1d计算得到，其中，通过滤波电容对三相电压在q轴的直流分量usq和电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*进行电流补偿后得到滤波电容电流补偿值，其中，将电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1d*与ωg(L1+L2)相乘后与三相电压在q轴的直流分量usq和q轴误差校正值相加得到电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*，其中，q轴误差校正值根据三相电流在d轴的直流分量i1d计算得到，其中，L1为电力电子变换器的并网LCL滤波器的电网侧电感，L2为电力电子变换器的并网LCL滤波器的变换器侧电感；对电网侧变流器交流侧输出电压d轴参考值u1d*和电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*进行坐标变换后得到两相静止坐标系下的交流分量u1α*和u1β*；以及对两相静止坐标系下的交流分量u1α*、u1β*和飞轮储能系统的直流母线电压Udc进行PWM调制后得到控制电网侧变流器的PWM信号。对飞轮侧变流器的控制：获取飞轮电机的位置信息θe，并根据位置信息θe将三相静止坐标系变换为两相旋转坐标系，并将两相旋转坐标系变换为两相静止坐标系；获取飞轮电机定子三相电流i2a、i2b、i2c经过坐标变换后得到两相旋转坐标系下的直流分量i2d、i2q；获取飞轮的转速n和飞轮的参考转速n*，并根据飞轮的转速n和飞轮的参考转速n*计算得到功率参考值P*；根据功率参考值P*和飞轮的转速n计算得到飞轮电机定子电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值i2d*、i2q*；判断储能系统的工作模式，如果储能系统处于充电控制模式，则将i2q*和ωeLq相乘并取反后与Rsi2d和d轴误差校正值相加得到飞轮侧变流器交流侧输出电压d轴分量参考值u2d*，并将飞轮电机定子电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值i2d*和ωeLd相乘，再与Rsi2q、ωe*Ψr和q轴误差校正值相加得到飞轮侧变流器交流侧输出电压q轴分量参考值u2q*，其中，充电控制模式下d轴误差校正值根据飞轮电机定子三相电流在两相旋转坐标系中的直流分量i2d、i2q及转速n计算得到，充电控制模式下q轴误差校正值根据飞轮电机定子三相电流在两相旋转坐标系中的直流分量i2d及转速n计算得到，以及如果储能系统处于放电控制模式，则将飞轮电机定子三相电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值i2d*和ωeLd相乘，再与Rsi2q、ωeΨr和q轴误差校正值相加得到飞轮侧变流器交流侧输出电压q轴分量参考值u2q*，并将i2q*和ωeLq相乘并取反后与Rsi2d和d轴误差校正值相加得到飞轮侧变流器交流侧输出电压d轴分量参考值u2d*，其中，放电控制模式下d轴误差校正值根据飞轮储能系统的直流母线电压Udc计算得到，放电控制模式下q轴误差校正值根据飞轮电机定子三相电流在两相旋转坐标系中的直流分量i2d及转速n计算得到，其中，ωe为飞轮电机的旋转电角速度，Lq为飞轮电机的定子q轴电感，Rs为飞轮电机的定子电阻，Ld为飞轮电机的定子d轴电感，Ψr表示飞轮电机的永磁磁链；对飞轮侧变流器交流侧输出电压d轴分量参考值u2d*及飞轮侧变流器交流侧输出电压q轴分量参考值u2q*进行坐标变换后得到两相静止坐标系下的交流分量u2α*和u2β*；以及对两相静止坐标系下的交流分量u2α*、u2β*及飞轮储能系统的直流母线电压Udc进行PWM调制后得到控制电力电子变流器的PWM信号。
根据本发明实施例的基于交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，采用了开环控制的策略，减小了闭环控制惯性对控制响应速度的制约，提高了控制的响应速度。解决了飞轮开环控制中电机电流参考值难以确定的问题，同时，考虑到飞轮系统的参数误差和飞轮储能系统运行过程中的参数变化，将误差校正环节引入控制，减小甚至消除由于参数估计误差和飞轮储能系统运行过程中的参数变化引起的控制精度问题，从而提高了开环控制的精确度。
另外，根据本发明上述实施例的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，其中，将三相静止坐标系变换为两相旋转坐标系的坐标系变换公式为：
在一些示例中，其中，将所述两相旋转坐标系变换为两相静止坐标系的坐标系变换公式为：
在一些示例中，其中，所述充电控制模式下电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*的计算公式为：
所述放电控制模式下电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*的计算公式为：
所述放电控制模式下电网侧变流器的输出电流d轴参考值的计算公式为：
其中，i1d0*为所述放电控制模式下电网侧变流器的输出电流d轴参考值。
在一些示例中，其中，所述充电控制模式下电网侧变流器输出电流d轴参考值i1d*的计算公式为：
所述放电控制模式下电网侧变流器的滤波电容电流补偿值为：
在一些示例中，其中，所述电网侧变流器充电控制模式下d轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，△U1d*为所述电网侧变流器充电控制模式下d轴误差校正值，k1p、k1i分别为所述电网侧变流器充电控制模式下d轴误差校正系数；
所述电网侧变流器放电控制模式下d轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，该式中△u1d*为所述电网侧变流器放电控制模式下d轴误差校正，k6p、k6i为所述电网侧变流器放电控制模式d轴误差校正系数；
所述电网侧变流器放电控制模式下q轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，该式中△u1q*为所述电网侧变流器放电控制模式下q轴误差校正，，k7p、k7i为所述电网侧变流器放电控制模式q轴误差校正系数。
在一些示例中，其中，所述飞流侧变流器充电控制模式下d轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，△U2d*为所述飞流侧变流器充电控制模式下d轴误差校正值，k4p、k4i分别为所述飞流侧变流器充电控制模式下d轴误差校正系数；
所述飞流侧变流器充电控制模式下q轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，该式中△U2q*为所述飞流侧变流器充电控制模式下q轴误差校正值，k5p、k5i分别为所述飞流侧变流器充电控制模式下q轴误差校正系数；
所述飞轮侧变流器放电控制模式下q轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，该式中△U2q*为所述飞流侧变流器放电控制模式下q轴误差校正值，，k8p、k8i为所述飞流侧变流器放电控制模式下q轴误差校正系数；
所述飞轮侧变流器放电控制模式下d轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，该式中△U2d*为所述飞流侧变流器放电控制模式下d轴误差校正值，k9p、k9i为所述飞流侧变流器放电控制模式下d轴误差校正系数。
在一些示例中，所述飞流侧变流器的转速n包括低速阶段、中速阶段和高速阶段，所述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*，具体为：
其中k2为设定的低速阶段充电转矩系数，Pconst为设定的中速阶段充电功率，k3p、k3i表示高速阶段的参考功率调整系数。
在一些示例中，其中，计算所述飞轮电机定子电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值i2d*、i2q*的依据为：
其中pn是所述飞轮电机的极对数。
在一些示例中，所述飞轮电机为永磁同步电机。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的飞轮储能系统及其电气连接示意图；
图3是根据本发明一个实施例的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法中电网侧变流器充电控制原理图；
图4是根据本发明一个实施例的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法中飞轮侧变流器充电控制原理图；
图5根据本发明一个实施例的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法中电网侧变流器放电控制原理图；
图6根据本发明一个实施例的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法中飞轮侧变流器放电控制原理图；
图7是根据本发明一个实施例的飞轮侧变流器充电控制中电流计算过程示意图；
图8是根据本发明一个实施例的飞轮侧变流器放电控制中电流计算过程示意图；以及
图9根据本发明一个实施例基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法的仿真结果示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图描述根据本发明实施例的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法。
图1是根据本发明一个实施例的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法的流程图。其中，本发明实施例涉及到的飞轮储能系统主要由五部分组成，分别是飞轮本体、飞轮侧变流器、直流母线电容、电网侧变流器以及LCL滤波器。其中，飞轮由飞轮转子、轴承、真空室和永磁同步电机组成。
具体地说，图2是是根据本发明一个实施例的飞轮储能系统及其电气连接示意图。
如图2所示，本发明实施例涉及到的飞轮储能系统例如包括：飞轮储能系统所接入的直流微电网1、LCL滤波器2、电网侧变流器3、直流母线电容4、飞轮侧变流器5和飞轮6。其中，飞轮6包括飞轮电机7和飞轮转子8，飞轮电机7和飞轮转子8同轴连接。优选地，飞轮电机7例如采用永磁同步电机，其中，飞轮转子8和永磁同步电机同轴连接，置于真空室中，永磁同步电机定子的A相绕组、B相绕组、C相绕组引出真空室。飞轮侧变流器由三个桥臂组成，三个桥臂的正端相互连接在一起，负端相互连接在一起，分别引出作为飞轮侧变流器的直流正极输出端和直流负极输出端。每个桥臂的两个IGBT管中间连接部位引出作为交流输出端，三个桥臂的交流输出端分别构成了飞轮侧变流器的交流A相输出端、B相输出端、C相输出端。电网侧变流器由三个桥臂组成，三个桥臂的正端相互连接在一起，负端相互连接在一起，分别引出作为电网侧变流器的直流正极输出端和直流负极输出端。每个桥臂的两个IGBT管中间连接部位引出作为交流输出端，三个桥臂的交流输出端分别构成了电网侧变流器的交流A相输出端、B相输出端、C相输出端。LCL滤波器分为A相LCL滤波器、B相LCL滤波器、C相LCL滤波器，每相的LCL滤波器分别由一个电网侧电感、一个变流器侧电感、一个滤波电容组成，其中电网侧电感的一端和变流器侧电感的一端相互连接，滤波电容的一端并联在电网侧电感和变流器侧电感相互连接的位置。三相LCL滤波器中的电网侧电感的另一端分别作为LCL滤波器电网侧的A相输出端、B相输出端、C相输出端，变流器侧电感的另一端分别作为LCL滤波器变流器侧的A相输出端、B相输出端、C相输出端，滤波电容的另一端相互连接。
更为具体地，飞轮储能系统的电气连接为：飞轮电机7的定子A相绕组、B相绕组、C相绕组分别和飞轮侧变流器5交流侧的A相输出端、B相输出端、C相输出端相连；飞轮侧变流器5直流侧的正极输出端、直流母线电容4的正极、电网侧变流器3直流侧的正极输出端相连，飞轮侧变流器5直流侧的负极输出端、直流母线电容4的负极、电网侧变流器3直流侧的负极输出端相连；电网侧变流器3交流侧的A相输出端、B相输出端、C相输出端分别和LCL滤波器2变流器侧的A相输出端、B相输出端、C相输出端相连；LCL滤波器2电网侧的A相输出端、B相输出端、C相输出端分别和电网1的A相输出端、B相输出端、C相输出端相连。
基于此，结合图1所示，根据本发明一个实施例的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：对电网侧变流器的控制。
步骤S2：对飞轮侧变流器的控制。
其中，步骤S1具体包括：
步骤S11：获取电网电压的相位信息ωgt，并根据相位信息ωgt将三相静止坐标系变换为两相旋转坐标系，并将两相旋转坐标系变换为两相静止坐标系，其中，ωg为电网角频率。
步骤S12：获取电网的三相电压usa、usb和usc经过坐标变换后得到的两相旋转坐标系下的直流分量usd、usq。
步骤S13：判断飞轮储能系统的工作模式，其中，
结合图3所示，如果飞轮储能系统处于充电控制模式，则获取飞轮储能系统的功率参考值P*，并根据功率参考值P*和三相电压在q轴的直流分量usq计算得到电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*，并将电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*与ωg(L1+L2)相乘并取反后与三相电压在d轴的直流分量usd和d轴误差校正值相加得到电网侧变流器交流侧输出电压d轴参考值u1d*，并通过滤波电容对三相电压在q轴的直流分量usq、电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*进行电流补偿，得到电网侧变流器输出电流d轴参考值i1d*，其中，将电网侧变流器输出电流d轴参考值i1d*与ωg(L1+L2)相乘后与三相电压在q轴的直流分量usq相加得到电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*，其中，充电控制模式下d轴误差校正值根据飞轮储能系统的直流母线电压Udc计算得到，其中，L1为电力电子变换器的并网LCL滤波器的电网侧电感，L2为电力电子变换器的并网LCL滤波器的变换器侧电感。
结合图5所示，如果飞轮储能模式处于放电控制模式，则获取电网侧变流器交流输出侧三相电流i1a、i1b和i1c经过坐标变换后得到的两相旋转坐标系下的直流分量i1d、i1q，并获取飞轮储能系统的功率参考值P*，并根据功率参考值P*和三相电压在q轴的直流分量usq计算得到电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*，并将电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*与ωg(L1+L2)相乘并取反后与三相电压在d轴的直流分量usd和d轴误差校正值相加得到电网侧变流器交流侧输出电压d轴参考值u1d*，并获取飞轮储能系统的无功功率参考值Q*，并根据无功功率参考值Q*、三相电压在q轴的直流分量usq和滤波电容电流补偿值计算得到电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1d*，其中，放电控制模式下d轴误差校正值根据三相电流在d轴的直流分量i1d计算得到，其中，通过滤波电容对三相电压在q轴的直流分量usq和电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*进行电流补偿后得到滤波电容电流补偿值，其中，将电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1d*与ωg(L1+L2)相乘后与三相电压在q轴的直流分量usq和q轴误差校正值相加得到电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*，其中，q轴误差校正值根据三相电流在d轴的直流分量i1d计算得到。
步骤S14：对电网侧变流器交流侧输出电压d轴参考值u1d*和电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*进行坐标变换后得到两相静止坐标系下的交流分量u1α*和u1β*。
步骤S15：对两相静止坐标系下的交流分量u1α*、u1β*和飞轮储能系统的直流母线电压Udc进行PWM调制后得到控制电网侧变流器的PWM信号。
步骤S2具体包括：
S21：通过位置传感器获取飞轮电机的位置信息θe，并根据位置信息θe将三相静止坐标系变换为两相旋转坐标系，并将两相旋转坐标系变换为两相静止坐标系。
S22：获取飞轮电机定子三相电流i2a、i2b、i2c经过坐标变换后得到两相旋转坐标系下的直流分量i2d、i2q。
S23：获取飞轮的转速n和飞轮的参考转速n*，并根据飞轮的转速n和飞轮的参考转速n*计算得到功率参考值P*。
S24：根据功率参考值P*和飞轮的转速n计算得到飞轮电机定子电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值i2d*、i2q*。
S25：判断储能系统的工作模式，其中，
结合图4所示，如果储能系统处于充电控制模式，则将i2q*和ωeLq相乘并取反后与Rsi2d和d轴误差校正值相加得到飞轮侧变流器交流侧输出电压d轴分量参考值u2d*，并将飞轮电机定子电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值i2d*和ωeLd相乘，再与Rsi2q、ωe*Ψr和q轴误差校正值相加得到飞轮侧变流器交流侧输出电压q轴分量参考值u2q*，其中，充电控制模式下d轴误差校正值根据飞轮电机定子三相电流在两相旋转坐标系中的直流分量i2d、i2q及转速n计算得到，充电控制模式下q轴误差校正值根据飞轮电机定子三相电流在两相旋转坐标系中的直流分量i2d及转速n计算得到。其中，ωe为飞轮电机的旋转电角速度，Lq为飞轮电机的定子q轴电感，Rs为飞轮电机的定子电阻，Ld为飞轮电机的定子d轴电感，Ψr表示飞轮电机的永磁磁链
结合图6所示，如果储能系统处于放电控制模式，则将飞轮电机定子三相电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值i2d*和ωeLd相乘，再与Rsi2q、ωeΨr和q轴误差校正值相加得到飞轮侧变流器交流侧输出电压q轴分量参考值u2q*，并将i2q*和ωeLq相乘并取反后与Rsi2d和d轴误差校正值相加得到飞轮侧变流器交流侧输出电压d轴分量参考值u2d*，其中，放电控制模式下d轴误差校正值根据飞轮储能系统的直流母线电压Udc计算得到，放电控制模式下q轴误差校正值根据飞轮电机定子三相电流在两相旋转坐标系中的直流分量i2d及转速n计算得到。
S26：对飞轮侧变流器交流侧输出电压d轴分量参考值u2d*及飞轮侧变流器交流侧输出电压q轴分量参考值u2q*进行坐标变换后得到两相静止坐标系下的交流分量u2α*和u2β*。
S27：对两相静止坐标系下的交流分量u2α*、u2β*及飞轮储能系统的直流母线电压Udc进行PWM调制后得到控制电力电子变流器的PWM信号。
其中，将三相静止坐标系变换为两相旋转坐标系的坐标系变换公式为：
将两相旋转坐标系变换为两相静止坐标系的坐标系变换公式为：
进一步地，充电控制模式下电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*的计算公式为：
放电控制模式下电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*的计算公式为：
放电控制模式下电网侧变流器的输出电流d轴参考值的计算公式为：
其中，i1d0*为放电控制模式下电网侧变流器的输出电流d轴参考值。
进一步地，充电控制模式下电网侧变流器输出电流d轴参考值i1d*的计算公式为：
放电控制模式下电网侧变流器的滤波电容电流补偿值为：
进一步地，电网侧变流器充电控制模式下d轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，△U1d*为电网侧变流器充电控制模式下d轴误差校正值，k1p、k1i分别为电网侧变流器充电控制模式下d轴误差校正系数。
电网侧变流器放电控制模式下d轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，该式中△u1d*为电网侧变流器放电控制模式下d轴误差校正，k6p、k6i分别为电网侧变流器放电控制模式d轴误差校正系数。
所述电网侧变流器放电控制模式下q轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，该式中△u1q*为电网侧变流器放电控制模式下q轴误差校正，k7p、k7i为电网侧变流器放电控制模式q轴误差校正系数。
进一步地，飞流侧变流器充电控制模式下d轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，△U2d*为飞流侧变流器充电控制模式下d轴误差校正值，k4p、k4i分别为飞流侧变流器充电控制模式下d轴误差校正系数。
飞流侧变流器充电控制模式下q轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，该式中△U2q*为飞流侧变流器充电控制模式下q轴误差校正值，k5p、k5i分别为飞流侧变流器充电控制模式下q轴误差校正系数。
飞轮侧变流器放电控制模式下q轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，该式中△U2q*为飞流侧变流器放电控制模式下q轴误差校正值，，k8p、k8i为飞流侧变流器放电控制模式下q轴误差校正系数。
飞轮侧变流器放电控制模式下d轴误差校正值通过如下公式计算：
其中，该式中△U2d*为飞流侧变流器放电控制模式下d轴误差校正值，k9p、k9i为飞流侧变流器放电控制模式下d轴误差校正系数。
其中，在本发明的一个实施例中，飞流侧变流器的转速n包括低速阶段、中速阶段和高速阶段，实现低速阶段恒转矩充电、中速阶段恒功率充电和高速阶段小功率充电，则根据飞轮的转速n和飞轮的参考转速n*计算得到功率参考值P*，具体为：
其中k2为设定的低速阶段充电转矩系数，Pconst为设定的中速阶段充电功率，k3p、k3i表示高速阶段的参考功率调整系数。
其中，在本发明的一个实施例中，计算飞轮侧变流器充电控制中飞轮电机定子电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值i2d*、i2q*的依据为：
其中pn是飞轮电机的极对数。该公式中的飞轮电机定子电流参考值i2d*、i2q*可以例如可以通过图7所示的流程计算得到。进一步地，飞轮侧变流器放电控制中的飞轮电机定子电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值i2d*、i2q*例如可以通过如图8所示的流程计算得到。
作为具体的示例，图9展示了本发明一个实施例的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法的仿真结果。其中，0.1s时刻突加约250kW的功率输出参考值，曲线2为飞轮储能系统快速动态响应控制策略下的直流母线电压波形，曲线1为传统闭环控制策略下的直流母线电压波形。从图9中可以看出，功率输出参考值突变后，在飞轮储能系统快速动态响应控制策略下，直流母线电压在5ms内恢复稳态的930V，而在传统闭环控制策略下，直流母线电压在25ms后才恢复稳态的930V，因此，本发明的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法提高了飞轮的响应速度。
综上，本发明实施例的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法主要包括电网侧变流器控制策略和飞轮侧变流器控制策略。其中，在充电模式下，电网侧变流器控制目标是飞轮储能系统中的直流母线电压Udc保持在给定值Udc*以及电网侧变流器的单位功率因数输入；飞轮侧变流器的控制目标是飞轮迅速升速至最高转速。放电模式下，电网侧变流器的控制目标是按照给定的有功功率指令P*和无功功率指令Q*发出相应的有功功率P和无功功率Q，使得P＝P*，Q＝Q*。飞轮侧变流器的控制目标是维持飞轮储能系统直流母线电压Udc恒定，等于给定值Udc*。
根据本发明实施例的基于交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，采用了开环控制的策略，减小了闭环控制惯性对控制响应速度的制约，提高了控制的响应速度。解决了飞轮开环控制中电机电流参考值难以确定的问题，同时，考虑到飞轮系统的参数误差和飞轮储能系统运行过程中的参数变化，将误差校正环节引入控制，减小甚至消除由于参数估计误差和飞轮储能系统运行过程中的参数变化引起的控制精度问题，从而提高了开环控制的精确度。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法，其特征在于，所述飞轮储能系统包括所述飞轮储能系统接入的电网、LCL滤波器、电网侧变流器、直流母线电容、飞轮侧变流器和飞轮，其中，所述飞轮包括同轴连接的飞轮电机和飞轮转子，所述控制方法包括以下步骤：
对所述电网侧变流器的控制：
获取所述电网电压的相位信息ωgt，并根据所述相位信息ωgt将三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，其中，ωg为电网角频率；
获取所述电网的三相电压usa、usb和usc经过坐标变换后得到的两相旋转坐标系下的直流分量usd、usq；
判断所述飞轮储能系统的工作模式，如果所述飞轮储能系统处于充电控制模式，则获取所述飞轮储能系统的功率参考值P*，并根据所述功率参考值P*和所述三相电压在q轴的直流分量usq计算得到所述电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*，并将所述电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*与ωg(L1+L2)相乘并取反后与所述三相电压在d轴的直流分量usd和d轴误差校正值相加得到所述电网侧变流器交流侧输出电压d轴参考值u1d*，并通过滤波电容对所述三相电压在q轴的直流分量usq、所述电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*进行电流补偿，得到所述电网侧变流器输出电流d轴参考值i1d*，其中，将所述电网侧变流器输出电流d轴参考值i1d*与ωg(L1+L2)相乘后与所述三相电压在q轴的直流分量usq相加得到所述电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*，其中，所述充电控制模式下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，以及如果所述飞轮储能模式处于放电控制模式，则获取所述电网侧变流器交流输出侧三相电流i1a、i1b和i1c经过坐标变换后得到的两相旋转坐标系下的直流分量i1d、i1q，并获取所述飞轮储能系统的功率参考值P*，并根据所述功率参考值P*和所述三相电压在q轴的直流分量usq计算得到所述电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*，并将所述电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*与ωg(L1+L2)相乘并取反后与所述三相电压在d轴的直流分量usd和d轴误差校正值相加得到所述电网侧变流器交流侧输出电压d轴参考值u1d*，并获取所述飞轮储能系统的无功功率参考值Q*，并根据所述无功功率参考值Q*、所述三相电压在q轴的直流分量usq和滤波电容电流补偿值计算得到所述电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1d*，其中，所述放电控制模式下d轴误差校正值根据所述三相电流在d轴的直流分量i1d计算得到，其中，通过滤波电容对所述三相电压在q轴的直流分量usq和所述电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*进行电流补偿后得到所述滤波电容电流补偿值，其中，将所述电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1d*与ωg(L1+L2)相乘后与所述三相电压在q轴的直流分量usq和q轴误差校正值相加得到所述电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*，其中，q轴误差校正值根据所述三相电流在d轴的直流分量i1d计算得到，其中，L1为电力电子变换器的并网LCL滤波器的电网侧电感，L2为电力电子变换器的并网LCL滤波器的变换器侧电感；
对所述电网侧变流器交流侧输出电压d轴参考值u1d*和所述电网侧变流器交流侧输出电压q轴参考值u1q*进行坐标变换后得到两相静止坐标系下的交流分量u1α*和u1β*；以及
对所述两相静止坐标系下的交流分量u1α*、u1β*和所述飞轮储能系统的直流母线电压Udc进行PWM调制后得到控制所述电网侧变流器的PWM信号；
对所述飞轮侧变流器的控制：
获取所述飞轮电机的位置信息θe，并根据所述位置信息θe将三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；
获取飞轮电机定子三相电流i2a、i2b、i2c经过坐标变换后得到两相旋转坐标系下的直流分量i2d、i2q；
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电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值i2d*、i2q*；
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i2q*和ωeLq相乘并取反后与Rsi2d和d轴误差校正值相加得到所述飞轮侧变流器交流侧输出电压d轴分量参考值u2d*，并将所述飞轮电机定子电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值i2d*和ωeLd相乘，再与Rsi2q、ωeΨr和q轴误差校正值相加得到所述飞轮侧变流器交流侧输出电压q轴分量参考值u2q*，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三相电流在两相旋转坐标系中的直流分量i2d、i2q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三相电流在两相旋转坐标系中的直流分量i2d及转速n计算得到，以及如果所述储能系统处于放电控制模式，则将所述飞轮电机定子三相电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值i2d*和ωeLd相乘，再与所述Rsi2q、ωeΨr和q轴误差校正值相加得到所述飞轮侧变流器交流侧输出电压q轴分量参考值u2q*，并将所述i2q*和ωeLq相乘并取反后与Rsi2d和d轴误差校正值相加得到所述飞轮侧变流器交流侧输出电压d轴分量参考值u2d*，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三相电流在两相旋转坐标系中的直流分量i2d及转速n计算得到，其中，ωe为飞轮电机的旋转电角速度，Lq为飞轮电机的定子q轴电感，Rs为飞轮电机的定子电阻，Ld为飞轮电机的定子d轴电感，Ψr表示飞轮电机的永磁磁链；
对所述飞轮侧变流器交流侧输出电压d轴分量参考值u2d*及所述飞轮侧变流器交流侧输出电压q轴分量参考值u2q*进行坐标变换后得到两相静止坐标系下的交流分量u2α*和u2β*；以及
对所述两相静止坐标系下的交流分量u2α*、u2β*及所述飞轮储能系统的直流母线电压Udc进行PWM调制后得到控制所述电力电子变流器的PWM信号。
2.根据权利要求1所述的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法，其特征在于，其中，将三相静止坐标系变换为两相旋转坐标系的坐标系变换公式为：
<mrow> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>f</mi> <mi>d</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>f</mi> <mi>q</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>2</mn> <mn>3</mn> </mfrac> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>2</mn> <mn>3</mn> </mfrac> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>2</mn> <mn>3</mn> </mfrac> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>sin</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>2</mn> <mn>3</mn> </mfrac> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>2</mn> <mn>3</mn> </mfrac> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>f</mi> <mi>A</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>f</mi> <mi>B</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>f</mi> <mi>C</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>.</mo> </mrow>
3.根据权利要求2所述的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法，其特征在于，其中，将所述两相旋转坐标系变换为两相静止坐标系的坐标系变换公式为：
<mrow> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>f</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>f</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>cos</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>f</mi> <mi>d</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>f</mi> <mi>q</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>.</mo> </mrow>
4.根据权利要求1所述的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法，其特征在于，其中，
所述充电控制模式下电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*的计算公式为：
<mrow> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>q</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msup> <mi>P</mi> <mo>*</mo> </msup> </mrow> <mrow> <mn>3</mn> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
所述放电控制模式下电网侧变流器的输出电流q轴参考值i1q*的计算公式为：
<mrow> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>q</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msup> <mi>P</mi> <mo>*</mo> </msup> </mrow> <mrow> <mn>3</mn> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
所述放电控制模式下电网侧变流器的输出电流d轴参考值的计算公式为：
<mrow> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>d</mi> <mn>0</mn> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msup> <mi>Q</mi> <mo>*</mo> </msup> </mrow> <mrow> <mn>3</mn> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，i1d0*为所述放电控制模式下电网侧变流器的输出电流d轴参考值。
5.根据权利要求1所述的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法，其特征在于，其中，
所述充电控制模式下电网侧变流器输出电流d轴参考值i1d*的计算公式为：
<mrow> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>d</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <msubsup> <mi>u</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>q</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>g</mi> </msub> <mi>C</mi> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
所述放电控制模式下电网侧变流器的滤波电容电流补偿值为：
<mrow> <msubsup> <mi>&amp;Delta;i</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>d</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <msubsup> <mi>u</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>q</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>g</mi> </msub> <mi>C</mi> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>
6.根据权利要求1所述的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法，其特征在于，其中，
所述电网侧变流器充电控制模式下d轴误差校正值通过如下公式计算：
<mrow> <msubsup> <mi>&amp;Delta;U</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>d</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mi>s</mi> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，△U1d*为所述电网侧变流器充电控制模式下d轴误差校正值，k1p、k1i分别为所述电网侧变流器充电控制模式下d轴误差校正系数；
所述电网侧变流器放电控制模式下d轴误差校正值通过如下公式计算：
<mrow> <msubsup> <mi>&amp;Delta;u</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>d</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>P</mi> <mo>*</mo> </msup> <mo>-</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>6</mn> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>6</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mi>s</mi> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，该式中△u1d*为所述电网侧变流器放电控制模式下d轴误差校正，k6p、k6i为所述电网侧变流器放电控制模式d轴误差校正系数；
所述电网侧变流器放电控制模式下q轴误差校正值通过如下公式计算：
<mrow> <msubsup> <mi>&amp;Delta;u</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>q</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>Q</mi> <mo>*</mo> </msup> <mo>-</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>7</mn> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>7</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mi>s</mi> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，该式中△u1q*为所述电网侧变流器放电控制模式下q轴误差校正，k7p、k7i为所述电网侧变流器放电控制模式q轴误差校正系数。
7.根据权利要求1所述的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法，其特征在于，其中，
所述飞轮侧变流器充电控制模式下d轴误差校正值通过如下公式计算：
<mrow> <msubsup> <mi>&amp;Delta;u</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>d</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>P</mi> <mo>*</mo> </msup> <mo>-</mo> <mn>1.5</mn> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;pi;np</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> <mn>60</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <mn>1.5</mn> <msub> <mi>&amp;psi;</mi> <mi>r</mi> </msub> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;pi;np</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> <mn>60</mn> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>4</mn> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>4</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mi>s</mi> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，△U2d*为所述飞轮侧变流器充电控制模式下d轴误差校正值，k4p、k4i分别为所述飞轮侧变流器充电控制模式下d轴误差校正系数，i2d、i2q分别为所述飞轮电机定子三相电流在两相旋转坐标系中的d轴和q轴直流分量，pn是所述飞轮电机的极对数；
所述飞轮侧变流器充电控制模式下q轴误差校正值通过如下公式计算：
<mrow> <msubsup> <mi>&amp;Delta;u</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>q</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>d</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>n</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>5</mn> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>5</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mi>s</mi> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，该式中△U2q*为所述飞轮侧变流器充电控制模式下q轴误差校正值，k5p、k5i分别为所述飞轮侧变流器充电控制模式下q轴误差校正系数；
所述飞轮侧变流器放电控制模式下q轴误差校正值通过如下公式计算：
<mrow> <msubsup> <mi>&amp;Delta;u</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>q</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>d</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>n</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>8</mn> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>8</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mi>s</mi> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，该式中△U2q*为所述飞轮侧变流器放电控制模式下q轴误差校正值，k8p、k8i为所述飞轮侧变流器放电控制模式下q轴误差校正系数；
所述飞轮侧变流器放电控制模式下d轴误差校正值通过如下公式计算：
<mrow> <msubsup> <mi>&amp;Delta;U</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>d</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>-</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>9</mn> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>9</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mi>s</mi> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，该式中△U2d*为所述飞轮侧变流器放电控制模式下d轴误差校正值，k9p、k9i为所述飞轮侧变流器放电控制模式下d轴误差校正系数。
8.根据权利要求1所述的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法，其特征在于，所述飞轮侧变流器的转速n包括低速阶段、中速阶段和高速阶段，所述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*，具体为：
<mrow> <msup> <mi>P</mi> <mo>*</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>k</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>n</mi> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mi>n</mi> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>n</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>n</mi> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>n</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <mi>n</mi> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>n</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>n</mi> <mo>*</mo> </msup> <mo>-</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> <mo>(</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>3</mn> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mn>3</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mo>/</mo> <mi>s</mi> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>n</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msub> <mi>n</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
其中k2为设定的低速阶段充电转矩系数，Pconst为设定的中速阶段充电功率，k3p、k3i表示高速阶段的参考功率调整系数。
9.根据权利要求1所述的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法，其特征在于，其中，计算所述飞轮电机定子电流在两相旋转坐标系中的直流分量参考值i2d*、i2q*的依据为：
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>e</mi> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi> </msub> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>d</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>e</mi> </msub> <msub> <mi>&amp;psi;</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>e</mi> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>q</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;le;</mo> <msubsup> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>/</mo> <mn>3</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>d</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>q</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;le;</mo> <mn>2</mn> <msubsup> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>1.5</mn> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>d</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>q</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;pi;np</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> <mn>60</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mn>1.5</mn> <msub> <mi>&amp;psi;</mi> <mi>r</mi> </msub> <msubsup> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>q</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;pi;np</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> <mn>60</mn> </mfrac> <mo>=</mo> <msup> <mi>P</mi> <mo>*</mo> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
其中pn是所述飞轮电机的极对数。
10.根据权利要求1-9任一项所述的基于交流并网飞轮储能系统的快速动态响应控制方法，其特征在于，所述飞轮电机为永磁同步电机。
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