CN114665507A - 一种飞轮储能系统并网运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储能运行控制技术，具体涉及一种飞轮储能系统并网运行控制方法，该控制方法基于飞轮储能系统自身结构及运行原理，分析飞轮储能系统的结构及运行原理，计算飞轮储能系统储存的能量；然后建立飞轮储能系统永磁同步发电机的数学模型，采用矢量控制方法，制定飞轮储能系统机侧换流器的控制策略；同时建立飞轮储能系统网侧换流器的数学模型，采用双闭环控制方法，制定飞轮储能系统网侧换流器的控制策略。该方法能够实现飞轮储能系统的并网运行控制，使其具备参与电网高频次功率调节的能力。控制方式较为简单；并且能保证飞轮储能系统的运行安全。

Description

一种飞轮储能系统并网运行控制方法

技术领域

本发明属于储能运行控制技术领域，特别涉及一种飞轮储能系统并网运行控制方法。

背景技术

近年来，随着风电、光伏等新能源装容量的不断上升，其出力的随机性和波动性不仅影响新能源电站的预测精度及其运行效益，也给电网的频率、电压控制带来难题。储能技术的发展与应用，不仅可以弥补新能源电站实际出力与预测出力之间的差值，提高新能源电站预测精度，减小电网功率调节的压力，同时也为新能源电站参与电网双向功率调节提供了手段。

相较于电池储能，飞轮储能系统具有寿命长、充放电次数不受限制、对环境无污染等优势。飞轮储能系统并网运行，可以快速、高频次的参与电网功率与频率调节，减小新能源的波动性及不确定性给电网稳定性带来的影响。同时，新能源电站配置飞轮储能系统后，飞轮储能系统提高了新能源电站参与电网功率调节的频次与调节能力，为电网功率及频率调节提供了新的调节手段。飞轮储能系统并网控制方法是飞轮储能系统并网运行的关键，是飞轮储能系统参与电网功率及频率调节的基础与保障。

飞轮储能系统多采用背靠背换流器并网，其机侧换流器与网侧换流器的控制方法可根据控制目标进行修改。通过设计机侧换流器与网侧换流器的控制策略，可以实现对飞轮储能系统输出功率和并网功率的控制。飞轮储能系统并网运行过程一般具有多个阶段，且各阶段控制方法不具备连续性，阶段间的切换较为复杂，控制难度大。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种飞轮储能系统并网运行控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种飞轮储能系统并网运行控制方法，飞轮储能系统的结构包括飞轮转子、同步电机、背靠背换流器、轴承和外壳，背靠背换流器包括机侧换流器和网侧换流器；该控制方法包括以下步骤：

步骤1、基于飞轮储能系统的结构与运行原理，计算飞轮储能系统储存的能量；

步骤2、基于飞轮储能系统永磁同步电机的运行原理，构建永磁同步电机数学模型；

步骤3、采用矢量控制方法，对d轴采用零d轴电流控制方法，对于q轴，在飞轮储能系统启动时，采用转速控制，在飞轮储能系统并网运行时，采用有功功率控制；

步骤4、构建飞轮储能系统网侧换流器的数学模型；

步骤5、采用双闭环控制方法对飞轮储能系统网侧换流器进行控制，d轴以直流电压环为外环，电流环作为内环，电压外环的输出为d轴电流的给定。

在上述飞轮储能系统并网运行控制方法中，步骤1飞轮储能系统储存能量的计算包括：

飞轮转子决定飞轮中储存的能量：

其中，E表示飞轮储能系统储存的能量，J表示飞轮储能系统的转动惯量，ω表示飞轮转子的转速；

当飞轮转子在最高转速与最低转速之间运行时，飞轮储能系统的能量范围为：

其中，ω_max＝0.95p.u.、ω_min＝0.45p.u.分别表示飞轮储能系统允许的最大及最小转速；

同步电机用于实现飞轮的能量转换，在飞轮充电时从电网吸收能量，驱动飞轮转子加速，将电能转化为动能，飞轮放电时飞轮转子减速，将动能转化为电能；

背靠背换流器用于控制电机侧和电网侧能量的双向流动；

轴承用于为飞轮转子和同步电机提供支撑；

外壳为飞轮转子和永磁同步电机提供低气阻力环境，并且在故障时将飞轮转子和同步电机密封在外壳内。

在上述飞轮储能系统并网运行控制方法中，步骤2所述构建永磁同步电机数学模型包括以下步骤：

步骤2.1、同步电机采用表贴式永磁同步电机，永磁同步电机使用永磁体代替绕组式同步电机的励磁绕组，永磁同步电机在自然坐标系下的定子电压方程：

其中，u_A、u_B、u_C分别表示永磁同步电机定子三相相电压，i_A、i_B、i_C分别表示永磁同步电机定子三相电流，r_s表示定子每相电阻值，

表示定子三绕组磁链，L_A、L_B、L_C分别表示定子各绕组自感系数，M_AB、M_AC、M_BC分别表示定子各绕组间互感系数，且M_AB＝M_BA、M_AC＝M_CA、M_BC＝M_BC，

表示永磁体与定子交链的磁链，θ_r表示转子轴超前A相绕组的电角度；

步骤2.2、采用式(4)的派克变换将自然坐标系下的数学模型变换至DQ旋转坐标系，将变系数微分方程转化为常系数微分方程：

其中，u_d、u_q、i_d、i_q、L_d、L_q分别为定子电压、电流、电感在d-q轴上的分量，ω_e为旋转坐标系的转速。

在上述飞轮储能系统并网运行控制方法中，步骤3的实现包括以下步骤：

步骤3.1、对D轴采用零D轴电流控制方式，通过控制Q轴电流实现控制永磁同步电机转矩，对Q轴采用切换控制；

步骤3.2、在飞轮储能系统启动阶段，Q轴采用转速外环、电流内环控制方式，控制飞轮储能系统的运行转速，使其达到设定值，具备向上向下调节能力，以实现飞轮储能系统跟踪电网功率指令；外环输出为内环电流控制器提供电流参考值，内环限制永磁同步电机绕组的最大输出电流；

步骤3.3、在飞轮储能系统并网运行阶段，Q轴切换至功率外环、电流内环的控制方式，外环功率参考值为电网的充放电指令，满足电网的充放电；外环输出为内环电流控制器提供电流参考值，内环限制永磁同步电机绕组的最大输出电流；

步骤3.4、转速运行范围设为0.45p.u.-0.95p.u.，当飞轮储能系统运行于功率控制阶段时，监测飞轮转子的转速；当其转速达到上限或者下限时，飞轮储能系统将不再充电或放电；

步骤3.5、飞轮储能系统满足下式进行充放电：

其中，P_ref为飞轮储能系统的充放电功率指令值，P_N为飞轮储能系统的额定充放电功率。

在上述飞轮储能系统并网运行控制方法中，步骤4的实现包括以下步骤：

步骤4.1、建立网侧换流器的电压方程；

其中，V_ga,n、V_gb,n、V_gc,n分别表示网侧换流器交流侧对直流负极性端电压，u_ga、u_gb、u_gc分别表示网侧换流器的并网电压，V_ga、V_gb、V_gc分别表示网侧换流器三相桥臂电压，i_ga、i_gb、i_gc分别表示网侧换流器的并网电流，R_g和L_g分别表示三相桥臂的等效电阻与等效电感，

表示直流侧负极性端到电网中性点之间的电压；

记三相桥臂开关驱动信号占空比为ρ_a、ρ_b、ρ_c，有：

其中，V_dc表示直流电压，i_dc表示流经电容的电流，C表示电容值，i_a、i_b、i_c分别为流经三相桥臂电流，i_L表示直流侧电流；

步骤4.2、结合式(7)与式(8)，网侧换流器的电压方程表示为：

步骤4.3、经派克变换至dq旋转坐标系，可得：

其中，V_gd、V_gq、i_gd、i_gq、u_gd、u_gq、L_gd、L_gq分别为网侧换流器电压、电流及电网电压在d-q轴上的分量，ω_α为旋转坐标系的转速。

在上述飞轮储能系统并网运行控制方法中，步骤5的实现包括以下步骤：

步骤5.1、网侧换流器采用双闭环PI控制，调节网侧换流器交流侧电流的d/q轴分量，分别控制换流器输入到电网的有功和无功，其中D轴控制直流母线电压，保证机侧与网侧换流器能量平衡，Q轴控制飞轮储能系统系统的并网无功功率，调节系统功率因数；

步骤5.2、网侧换流器D轴采用直流电压外环，电流内环的控制方式，电压的输出为电流内环的给定，维持直流侧电压稳定；

步骤5.3、网侧换流器Q轴采用无功功率外环，电流内环的控制方式，外环输出为电流内环的给定，实现对并网无功功率的调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)直流侧母线电压始终由网侧换流器控制，用以维持机侧和网侧的功率平衡，无需根据充放电模式由机侧与网侧换流器交替控制，控制方式较为简单；

(2)机侧换流器根据飞轮储能系统运行状态的不同进行控制方式切换，在保证飞轮转子转速要求的前提下，跟踪电网的充放电指令，保证飞轮储能系统的运行安全。

(3)该方法能够实现飞轮储能系统的并网运行控制，使其具备参与电网高频次功率调节的能力。

附图说明

图1是本发明实施例一种飞轮储能系统并网运行控制方法流程图；

图2是本发明实施例飞轮储能系统结构图；

图3是本发明实施例飞轮储能系统机侧换流器控制框图；

图4是本发明实施例飞轮储能系统网侧换流器拓扑结构；

图5是本发明实施例飞轮储能系统网侧换流器控制框图；

图6是本发明实施例飞轮储能系统并网运行拓扑；

图7是本发明实施例飞轮储能系统并网运行过程的仿真结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施例基于飞轮储能系统自身结构及运行原理，分析飞轮储能系统的结构及运行原理，计算飞轮储能系统储存的能量；然后建立飞轮储能系统永磁同步发电机的数学模型，采用矢量控制方法，制定飞轮储能系统机侧换流器的控制策略；同时建立飞轮储能系统网侧换流器的数学模型，采用双闭环控制方法，制定飞轮储能系统网侧换流器的控制策略。最后搭建飞轮储能系统并网的仿真模型，对飞轮储能系统并网运行控制策略进行验证。

本实施例通过以下技术方案来实现，如图1所示，一种飞轮储能系统并网运行控制方法，包括以下步骤：

S1，分析飞轮储能系统的结构与运行原理，计算飞轮储能系统储存的能量；

S2，基于飞轮储能系统中永磁同步电机的运行原理，构建永磁同步电机数学模型，为便于分析，采用派克变换将自然坐标系下的数学模型转换至旋转坐标系下的数学模型；

S3，结合机侧换流器的控制目标，采用矢量控制方法，对d轴采用零d轴电流控制方法，对于q轴，在飞轮储能系统启动时，采用转速控制策略，在飞轮储能系统并网运行时，采用有功功率控制策略；

S4，基于飞轮储能系统中网侧换流器的拓扑结构及运行原理，构建网侧换流器的数学模型，为便于分析，将自然坐标系下的数学模型转换至旋转坐标系下的数学模型。

S5，结合网侧换流器的控制目标，网侧换流器采用双闭环控制结构，d轴以直流电压环为外环，电流环作为内环，电压外环的输出为d轴电流的给定。

并且，S1中飞轮储能系统的同步电机采用表贴式永磁同步电机，永磁同步电机使用永磁体代替绕组式同步电机的励磁绕组，结构简单，在飞轮储能系统中应用广泛。

如图2所示，飞轮储能系统的结构主要由飞轮转子、同步电机、背靠背换流器、轴承和外壳组成。

飞轮转子决定了飞轮储能系统中储存的能量，如式(1)。

其中，E表示飞轮储能系统储存的能量，J表示飞轮储能系统的转动惯量，ω表示飞轮转子的转速。

当飞轮转子在最高转速与最低转速之间运行时，飞轮储能系统的能量范围为：

其中，ω_max＝0.95p.u.、ω_min＝0.45p.u.分别表示飞轮储能系统允许的最大及最小转速，

同步电机用于实现飞轮储能系统的能量转换，在飞轮充电时从电网吸收能量，驱动飞轮转子加速，将电能转化为动能，而在飞轮转子放电时减速，将动能转化为电能。由于永磁同步电机使用永磁体代替绕组式同步电机的励磁绕组，结构简单，在飞轮储能系统中应用广泛；

背靠背换流器由机侧换流器和网侧换流器组成，用以控制电机侧和电网侧能量的双向流动；

轴承用于为飞轮转子和同步电机提供支撑；

外壳为飞轮转子和永磁同步电机等提供一个低气阻力的环境，并且在故障时将飞轮转子及同步电机等密封在外壳内。

并且，S2的具体实现包括：

S2.1，当永磁同步电机A、B、C三相对称绕组通以三相对称电流时，合成定子磁动势在空间做幅值恒定的旋转运动，其与转子磁动势相互作用产生电磁转矩。

S2.2，建立永磁同步电机在自然坐标系下的定子电压方程：

其中，u_A、u_B、u_C分别表示永磁同步电机定子三相相电压，i_A、i_B、i_C分别表示永磁同步电机定子三相电流，r_s表示定子每相电阻值，

表示定子三绕组磁链，L_A、L_B、L_C分别表示定子各绕组自感系数，M_AB、M_AC、M_BC分别表示定子各绕组间互感系数，且M_AB＝M_BA、M_AC＝M_CA、M_BC＝M_BC，

表示永磁体与定子交链的磁链，θ_r表示转子轴超前A相绕组的电角度。

S2.3，由于永磁同步电机在ABC自然坐标系上的电压方程是一组变系数线性微分方程，求解困难，因此，采用式(4)所示的派克变换将自然坐标系下的数学模型变换至DQ旋转坐标系，将变系数微分方程转化为常系数微分方程，如式(5)所示：

其中，u_d、u_q、i_d、i_q、L_d、L_q分别为定子电压、电流、电感在d-q轴上的分量，ω_e为旋转坐标系的转速。

并且，S3的具体实现包括：

S3.1，采用矢量控制方式，考虑到永磁同步电机的转矩与D轴电流无关，对D轴采用零D轴控制策略，仅通过控制Q轴电流即可控制永磁同步电机转矩，对Q轴采用切换控制；

S3.2，在飞轮储能系统启动阶段，Q轴采用转速外环、电流内环控制方式，控制飞轮转子的运行转速，使其达到设定值，从而同时具备向上向下调节能力，为飞轮储能系统跟踪电网功率指令做准备；同时，外环输出为内环电流控制器提供电流参考值，内环限制了永磁同步电机绕组的最大输出电流；

S3.3，在飞轮储能系统并网运行阶段，Q轴切换至功率外环、电流内环的控制方式，外环功率参考值为电网的充放电指令，满足电网的充放电需求；同时，外环输出为内环电流控制器提供电流参考值，内环限制了永磁同步电机绕组的最大输出电流；

S3.4，为保证飞轮储能系统的运行安全，其运行转速应始终保持在最大与最小转速之间，当飞轮储能系统运行于功率控制阶段时，仍然监测飞轮转子的转速，当其转速达到上限或者下限时，飞轮储能系统不在进行充放电。

飞轮储能系统仅在式(6)所示情况下进行充放电：

其中，P_ref为飞轮储能系统的充放电功率指令值，P_N为飞轮储能系统的额定充放电功率。

并且，S4的具体实现包括：机侧换流器控制框图如图3所示。

S4.1，结合图4所示的飞轮储能系统中网侧换流器并网拓扑，以及基尔霍夫定律，建立网侧换流器的电压方程，如式(7)所示：

其中，V_ga,n、V_gb,n、V_gc,n分别表示网侧换流器交流侧对直流负极性端电压，u_ga、u_gb、u_gc分别表示网侧换流器的并网电压，V_ga、V_gb、V_gc分别表示网侧换流器三相桥臂电压，i_ga、i_gb、i_gc分别表示网侧换流器的并网电流，R_g和L_g分别表示三相桥臂的等效电阻与等效电感，

表示直流侧负极性端到电网中性点之间的电压。

记三相桥臂开关驱动信号占空比为ρ_a、ρ_b、ρ_c，有：

其中，V_dc表示直流电压，i_dc表示流经电容的电流，C表示电容值，i_a、i_b、i_c分别为流经三相桥臂电流，i_L表示直流侧电流。

S4.2，结合式(17)与式(18)，网侧换流器的电压方程表示为：

S4.3，经派克变换至dq旋转坐标系，可得：

其中，V_gd、V_gq、i_gd、i_gq、u_gd、u_gq、L_gd、L_gq分别为网侧换流器电压、电流及电网电压在d-q轴上的分量，ω_α为旋转坐标系的转速。

并且，S5的具体实现包括：

S5.1，网侧换流器采用双闭环PI控制，调节网侧换流器交流侧电流的d/q轴分量，可以分别控制换流器输入到电网的有功和无功，其中D轴控制直流母线电压，从而保证机侧与网侧换流器的能量平衡，Q轴控制飞轮储能系统系统的并网无功功率，调节系统功率因数；

S5.2，网侧换流器D轴采用直流电压外环，电流内环的控制方式，电压的输出为电流内环的给定，维持直流侧电压稳定；

直流侧电压是衡量机侧与网侧功率是否平衡的标志，以飞轮储能系统放电为例：

当机侧发出的功率大于换流器输送给电网的功率时，剩余功率给直流电容充电，直流母线电压升高；

当机侧发出的功率小于换流器输送给电网的功率时，直流电容放电，直流母线电压降低；

当机侧发出的功率等于换流器输送给电网的功率时，直流母线电压维持恒定。

S5.3，网侧换流器Q轴采用无功功率外环，电流内环的控制方式，外环输出为电流内环的给定，实现对并网无功功率的调节。

设计的网侧换流器控制框图如图5所示。

如图6所示，为飞轮储能系统并网运行拓扑。

实施例：

通过实施例对飞轮储能系统并网运行控制方法有效性进行校验。

设置飞轮永磁同步电机的容量为1MW，额定转速为350Hz，即10500rmp，电网频率为50Hz，飞轮储能系统机侧输出电压为0.69kV。飞轮储能系统经变压器接入35kV无穷大电网。

设定飞轮储能系统以转速控制模式启动，启动转速设定为0.75p.u.，待转速稳定后，切换至功率控制模式，第一个功率指令为0.5MW，持续时间为40s，第二个功率指令为-0.4MW，持续时间为50s。

图7为飞轮储能系统并网运行结果，0-100秒为飞轮储能系统的启动时间，该段时间内，飞轮储能系统从电网吸收功率，将转速拖动至设定值0.75p.u.；

在第110秒时，将启动完成的飞轮储能系统切换至功率控制模式，跟踪第一个功率指令，飞轮储能系统输出功率迅速跟踪至0.5MW，其切换时间约为0.02秒。在此阶段，飞轮转子的转速下降，在第142秒时，其转速下降至允许的最低值，飞轮储能系统停止放电。

在第150秒时，飞轮储能系统收到第二个功率指令，其输出功率迅速跟踪至-0.4MW，同时，飞轮转速上升。在整个过程中，直流侧电压始终保持恒定，保证机侧与网侧功率平衡。

上述仿真结果验证了飞轮储能系统并网控制方法有效性，飞轮储能系统的机侧换流器在启动阶段控制转速，为功率双向流动做准备；在并网运行阶段控制飞轮储能系统的运行功率，跟踪电网的功率指令，同时保证转速在允许范围内。网侧换流器始终控制直流侧电压及并网无功功率，维持机侧与网侧的功率平衡。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种飞轮储能系统并网运行控制方法，其特征在于：飞轮储能系统的结构包括飞轮转子、同步电机、背靠背换流器、轴承和外壳，背靠背换流器包括机侧换流器和网侧换流器；该控制方法包括以下步骤：

步骤1、基于飞轮储能系统的结构与运行原理，计算飞轮储能系统储存的能量；

步骤2、基于飞轮储能系统永磁同步电机的运行原理，构建永磁同步电机数学模型；

步骤3、采用矢量控制方法，对d轴采用零d轴电流控制方法，对于q轴，在飞轮储能系统启动时，采用转速控制，在飞轮储能系统并网运行时，采用有功功率控制；

步骤4、构建飞轮储能系统网侧换流器的数学模型；

步骤5、采用双闭环控制方法对飞轮储能系统网侧换流器进行控制，d轴以直流电压环为外环，电流环作为内环，电压外环的输出为d轴电流的给定。

2.根据权利要求1所述飞轮储能系统并网运行控制方法，其特征在于：步骤1飞轮储能系统储存能量的计算包括：

飞轮转子决定飞轮中储存的能量：

其中，E表示飞轮储能系统储存的能量，J表示飞轮储能系统的转动惯量，ω表示飞轮转子的转速；

当飞轮转子在最高转速与最低转速之间运行时，飞轮储能系统的能量范围为：

其中，ω_max＝0.95p.u.、ω_min＝0.45p.u.分别表示飞轮储能系统允许的最大及最小转速；

同步电机用于实现飞轮的能量转换，在飞轮充电时从电网吸收能量，驱动飞轮转子加速，将电能转化为动能，飞轮放电时飞轮转子减速，将动能转化为电能；

背靠背换流器用于控制电机侧和电网侧能量的双向流动；

轴承用于为飞轮转子和同步电机提供支撑；

外壳为飞轮转子和永磁同步电机提供低气阻力环境，并且在故障时将飞轮转子和同步电机密封在外壳内。

3.根据权利要求1所述飞轮储能系统并网运行控制方法，其特征在于：步骤2所述构建永磁同步电机数学模型包括以下步骤：

步骤2.1、同步电机采用表贴式永磁同步电机，永磁同步电机使用永磁体代替绕组式同步电机的励磁绕组，永磁同步电机在自然坐标系下的定子电压方程：

其中，u_A、u_B、u_C分别表示永磁同步电机定子三相相电压，i_A、i_B、i_C分别表示永磁同步电机定子三相电流，r_s表示定子每相电阻值，

表示定子三绕组磁链，L_A、L_B、L_C分别表示定子各绕组自感系数，M_AB、M_AC、M_BC分别表示定子各绕组间互感系数，且M_AB＝M_BA、M_AC＝M_CA、M_BC＝M_BC，

表示永磁体与定子交链的磁链，θ_r表示转子轴超前A相绕组的电角度；

步骤2.2、采用式(4)的派克变换将自然坐标系下的数学模型变换至DQ旋转坐标系，将变系数微分方程转化为常系数微分方程：

其中，u_d、u_q、i_d、i_q、L_d、L_q分别为定子电压、电流、电感在d-q轴上的分量，ω_e为旋转坐标系的转速。

4.根据权利要求1所述飞轮储能系统并网运行控制方法，其特征在于：步骤3的实现包括以下步骤：

步骤3.1、对D轴采用零D轴电流控制方式，通过控制Q轴电流实现控制永磁同步电机转矩，对Q轴采用切换控制；

步骤3.2、在飞轮储能系统启动阶段，Q轴采用转速外环、电流内环控制方式，控制飞轮储能系统的运行转速，使其达到设定值，具备向上向下调节能力，以实现飞轮储能系统跟踪电网功率指令；外环输出为内环电流控制器提供电流参考值，内环限制永磁同步电机绕组的最大输出电流；

步骤3.3、在飞轮储能系统并网运行阶段，Q轴切换至功率外环、电流内环的控制方式，外环功率参考值为电网的充放电指令，满足电网的充放电；外环输出为内环电流控制器提供电流参考值，内环限制永磁同步电机绕组的最大输出电流；

步骤3.4、转速运行范围设为0.45p.u.-0.95p.u.，当飞轮储能系统运行于功率控制阶段时，监测飞轮转子的转速；当其转速达到上限或者下限时，飞轮储能系统将不再充电或放电；

步骤3.5、飞轮储能系统满足下式进行充放电：

其中，P_ref为飞轮储能系统的充放电功率指令值，P_N为飞轮储能系统的额定充放电功率。

5.根据权利要求1所述飞轮储能系统并网运行控制方法，其特征在于：步骤4的实现包括以下步骤：

步骤4.1、建立网侧换流器的电压方程；

其中，V_ga,n、V_gb,n、V_gc,n分别表示网侧换流器交流侧对直流负极性端电压，u_ga、u_gb、u_gc分别表示网侧换流器的并网电压，V_ga、V_gb、V_gc分别表示网侧换流器三相桥臂电压，i_ga、i_gb、i_gc分别表示网侧换流器的并网电流，R_g和L_g分别表示三相桥臂的等效电阻与等效电感，

表示直流侧负极性端到电网中性点之间的电压；

记三相桥臂开关驱动信号占空比为ρ_a、ρ_b、ρ_c，有：

其中，V_dc表示直流电压，i_dc表示流经电容的电流，C表示电容值，i_a、i_b、i_c分别为流经三相桥臂电流，i_L表示直流侧电流；

步骤4.2、结合式(7)与式(8)，网侧换流器的电压方程表示为：

步骤4.3、经派克变换至dq旋转坐标系，可得：

其中，V_gd、V_gq、i_gd、i_gq、u_gd、u_gq、L_gd、L_gq分别为网侧换流器电压、电流及电网电压在d-q轴上的分量，ω_α为旋转坐标系的转速。

6.根据权利要求1所述飞轮储能系统并网运行控制方法，其特征在于：步骤5的实现包括以下步骤：

步骤5.1、网侧换流器采用双闭环PI控制，调节网侧换流器交流侧电流的d/q轴分量，分别控制换流器输入到电网的有功和无功，其中D轴控制直流母线电压，保证机侧与网侧换流器能量平衡，Q轴控制飞轮储能系统系统的并网无功功率，调节系统功率因数；

步骤5.2、网侧换流器D轴采用直流电压外环，电流内环的控制方式，电压的输出为电流内环的给定，维持直流侧电压稳定；

步骤5.3、网侧换流器Q轴采用无功功率外环，电流内环的控制方式，外环输出为电流内环的给定，实现对并网无功功率的调节。

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