CN116073413B - 一种飞轮储能系统的控制方法、控制系统、存储介质 - Google Patents

一种飞轮储能系统的控制方法、控制系统、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种飞轮储能系统的控制方法、控制系统、存储介质，涉及飞轮储能技术领域，飞轮储能系统的控制方法应用于飞轮储能系统，飞轮储能系统包括第一电机、飞轮转子以及第二电机；第一电机的定子绕组通过双向变流器与电网连接，第二电机的定子绕组通过控制开关与电网连接。本发明提供的飞轮储能系统的控制方法可以通过对飞轮储能系统的控制，使飞轮储能系统同时具备物理惯量支撑以及当做电网调频装置使用的功能，避免了针对物理惯量支撑阶段和电网调频阶段分别控制不同的储能系统的操作，简化了储能系统的控制方法，使储能系统的控制方法更方便实施。

Description

一种飞轮储能系统的控制方法、控制系统、存储介质
技术领域
本发明涉及飞轮储能技术领域，更具体地说，涉及一种飞轮储能系统的控制方法。此外，本发明还涉及一种用于控制执行上述飞轮储能系统的控制方法的控制系统，本发明还涉及一种存储有用于执行上述飞轮储能系统的控制方法的计算机程序的存储介质。
背景技术
随着人们对能源环境问题的日益重视，风力和光伏发电等可再生能源得到了广泛应用。但这些再生能源具有间歇性，若大规模接入电网，会引起系统供需不平衡，影响电网系统稳定性、可靠性及电能质量等。
具体的，电网受到扰动时，在物理惯量响应阶段，要求秒级瞬时功率响应；在一次调频阶段，需要数十秒，要求短时间功率响应，以降低频率的下跌深度；在二次调频阶段，需要分钟级，要求长时间有能量支撑。
现有技术中，根据物理惯量响应阶段、一次调频阶段、二次调频阶段的不同要求，针对物理惯量响应阶段、一次调频阶段、二次调频阶段需要不同的储能装置进行工作，致使储能调频系统的控制方法复杂、不易实施。
综上所述，如何实现对储能系统的控制方法的简化，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种飞轮储能系统的控制方法，飞轮储能系统同时具有物理惯量支撑及电网调频的作用，避免了多种储能装置的设置，简化了储能系统的控制方法，使储能系统的控制方法更方便实施。
本发明的另一目的是提供一种用于控制执行上述飞轮储能系统的控制方法的控制系统以及一种存储有用于执行上述飞轮储能系统的控制方法的计算机程序的存储介质。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种飞轮储能系统的控制方法，应用于飞轮储能系统，所述飞轮储能系统包括第一电机、飞轮转子以及第二电机；所述第一电机的定子绕组通过双向变流器与电网连接，所述第二电机的定子绕组通过控制开关与所述电网连接；所述飞轮转子、所述第一电机的转子和所述第二电机的转子绕组同步转动；
当所述电网的实时频率相对于所述电网的额定频率的波动值小于所述电网的调频死区时，所述飞轮储能系统的控制方法包括：
控制所述控制开关处于闭合状态，使得所述第二电机的定子绕组与所述电网电连接，并且通过所述双向变流器控制所述第一电机处于待机状态，所述飞轮储能系统进入物理惯量支撑阶段；
其中，在所述物理惯量支撑阶段，当所述电网的实时频率大于所述电网的额定频率时，所述第二电机的定子绕组牵引所述飞轮转子加速，将电能转换为所述飞轮转子的动能，直至所述第二电机的定子绕组所产生的磁场与其转子绕组所产生的磁场同相位，所述飞轮转子恢复至待机状态；当所述电网的实时频率小于所述电网的额定频率时，所述飞轮转子牵引所述第二电机的定子绕组减速，将所述飞轮转子的动能转化为电能，直至所述第二电机的定子绕组所产生的磁场与其转子绕组所产生的磁场同相位，使所述飞轮转子恢复至待机状态；
当所述电网的实时频率相对于所述电网的额定频率的波动值大于所述电网的调频死区时，所述飞轮储能系统的控制方法包括：
控制所述双向变流器使能从而使得所述第一电机工作，所述飞轮储能系统进入电网调频阶段；
其中，在所述电网调频阶段，当所述电网的实时频率大于所述电网的额定频率时，所述双向变流器控制所述第一电机处于电动状态，所述飞轮转子加速转动，以使所述飞轮转子将电能转化为动能存储，直至所述飞轮转子恢复至待机状态；当所述电网的实时频率小于所述电网的额定频率时，所述双向变流器控制所述第一电机处于发电状态，所述飞轮转子减速转动，以将所述飞轮转子的动能转化为电能，直至所述飞轮转子恢复至待机状态。
可选地，所述飞轮储能系统包括励磁控制器，所述励磁控制器的一端与所述双向变流器连接，另一端与所述第二电机的转子绕组连接，以向所述第二电机的转子绕组提供所需的电流。
可选地，当所述电网的实时频率相对于所述电网的额定频率的波动值大于所述电网的调频死区时，所述飞轮储能系统的控制方法还包括：
控制所述控制开关处于闭合状态，使得所述第二电机的定子绕组与所述电网电连接，并且，控制所述励磁控制器以控制所述第二电机的转子绕组的电流相位，使所述第二电机的定子绕组的电流所产生的旋转磁场与其转子绕组的电流所产生的旋转磁场的相位一致，从而使得所述第二电机处于空载状态；
或者，控制所述控制开关断开。
可选地，所述飞轮储能系统进入所述物理惯量支撑阶段之前，所述飞轮储能系统的控制方法还包括：
控制励磁控制器工作，向所述第二电机提供交流电，启动所述第二电机，以使所述飞轮转子旋转频率与所述第二电机的转子绕组所产生的磁场频率之和等于所述电网的实时频率；
控制所述控制开关闭合，以使所述第二电机的定子绕组与所述电网电连接。
可选地，所述飞轮储能系统进入电网调频阶段之后，所述飞轮储能系统的控制方法还包括：
控制励磁控制器工作，向所述第二电机提供交流电，启动所述第二电机，以使所述飞轮转子旋转频率与所述第二电机的转子绕组所产生的磁场频率之和等于所述电网的实时频率；
控制所述控制开关关闭，以使所述第二电机的定子绕组与所述电网电连接。
可选地，所述电网的实时频率为fe，飞轮转子的实时转速为n，所述第二电机的极对数为p；当
Figure SMS_1
大于零时，所述控制励磁控制器工作，向所述第二电机提供交流电，启动所述第二电机，以使所述飞轮转子旋转频率与所述第二电机的转子绕组所产生的磁场频率之和等于所述电网的实时频率包括：
控制所述励磁控制器向所述第二电机的转子绕组提供频率为
Figure SMS_2
的三相电流，且所述三相电流所产生的旋转磁场方向与所述飞轮转子的旋转方向相同。
可选地，所述控制所述励磁控制器向所述第二电机的转子绕组提供频率为
Figure SMS_3
的三相电流，且所述三相电流所产生的旋转磁场方向与所述飞轮转子的旋转方向相同之后，包括：
控制所述励磁控制器调整所述第二电机的转子绕组中励磁电流的相位，使所述第二电机的定子绕组和所述转子绕组的磁场同相位。
可选地，所述电网的实时频率为fe，飞轮转子的实时转速为n，所述第二电机的极对数为p；当
Figure SMS_4
小于零时，所述控制励磁控制器工作，向所述第二电机提供交流电，启动所述第二电机，以使所述飞轮转子旋转频率与所述第二电机的转子绕组所产生的磁场频率之和等于所述电网的实时频率包括：
控制所述励磁控制器向所述第二电机的转子绕组提供频率为
Figure SMS_5
的三相电流，且所述三相电流所产生的旋转磁场方向与所述飞轮转子的旋转方向相反；其中，在计算所述飞轮转子旋转频率与所述第二电机的转子绕组所产生的磁场频率之和时，所述第二电机的转子绕组所产生的磁场频率为负值。
可选地，所述控制所述励磁控制器向所述第二电机的转子绕组提供频率为
Figure SMS_6
的三相电流，且所述三相电流所产生的旋转磁场方向与所述飞轮转子的旋转方向相反之后，包括：
控制所述励磁控制器调整所述第二电机的转子绕组中励磁电流的相位，使所述第二电机的定子绕组和所述转子绕组的磁场同相位。
可选地，所述第一电机为永磁同步电机，所述第二电机为励磁电机，且所述励磁电机的额定功率小于所述永磁同步电机的额定功率。
可选地，所述控制所述控制开关闭合，以使所述第二电机的定子绕组与所述电网电连接之前，且所述电网的实时频率大于所述电网的预设频率f0与所述电网的死区频率之和时，所述飞轮储能系统的控制方法还包括：
启动所述第一电机，控制所述第一电机处于电动状态，所述飞轮转子加速转动至预设转速n1。
一种控制系统，所述控制系统包括：
第一存储器，用于存储计算机程序；
第一处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的飞轮储能系统的控制方法。
一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适于处理器进行加载，以执行如上述任一项所述的飞轮储能系统的控制方法。
在实施本发明提供的飞轮储能系统的控制方法的过程中，当电网的实时频率相对于电网的额定频率的波动值小于电网的调频死区时，飞轮储能系统的控制方法包括：控制控制开关处于闭合状态，使得第二电机的定子绕组与电网电连接，第一电机与双向变流器断开连接，飞轮储能系统进入物理惯量支撑阶段；其中，在物理惯量支撑阶段，当电网的实时频率大于电网的额定频率时，第二电机的定子绕组的磁场相位将超前第二电机的转子绕组的磁场相位，第二电机的定子绕组牵引转子绕组加速，由于第二电机的转子绕组与飞轮转子同步转动，从而牵引飞轮转子加速转动，部分电能转换为飞轮转子的动能，避免电网频率继续增加，直至第二电机的定子绕组所产生的磁场与其转子绕组所产生的磁场同相位，飞轮转子恢复待机状态，使电网达到新的稳定频率△f2；当电网的实时频率小于电网的额定频率时，第二电机的定子绕组的磁场相位将落后第二电机的转子绕组的磁场相位，第二电机的定子绕组牵引转子绕组减速，由于第二电机的转子绕组与飞轮转子同步转动，从而牵引飞轮转子减速转动，部分飞轮转子的动能转换为电能，避免电网频率继续减小，直至第二电机的定子绕组所产生的磁场与其转子绕组所产生的磁场同相位，飞轮转子恢复待机状态，使电网达到新的稳定频率△f2。
当电网的实时频率相对于电网的额定频率的波动值大于电网的调频死区时，飞轮储能系统的控制方法包括：控制第一电机的定子通过双向变流器与电网电连接，控制控制开关断开，使第二电机的定子绕组与电网断开连接，进入电网调频阶段；当电网的实时频率大于电网的额定频率时，双向变流器控制第一电机处于电动状态，飞轮转子加速转动，以使飞轮转子将电能转化为动能存储，避免电网频率进一步增加，直至飞轮转子恢复待机状态；当电网的实时频率小于电网的额定频率时，双向变流器控制第一电机处于发电状态，飞轮转子减速转动，以将飞轮转子的动能转化为电能，为电网提供有功支撑，避免电网频率进一步减小，直至飞轮转子恢复待机状态。
相比于现有技术，本发明提供的飞轮储能系统的控制方法在实施的过程中，可以通过对飞轮储能系统的控制，使飞轮储能系统同时具备物理惯量支撑以及当做电网调频装置使用的功能，避免了针对物理惯量支撑阶段和电网调频阶段分别控制不同的储能系统的操作，简化了储能系统的控制方法，使储能系统的控制方法更方便实施。
此外，本发明还提供了一种用于控制执行上述飞轮储能系统的控制方法的控制系统以及一种存储有用于执行上述飞轮储能系统的控制方法的计算机程序的存储介质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的飞轮储能系统的控制方法在物理惯量支撑阶段的流程示意图；
图2为本发明所提供的飞轮储能系统的控制方法在电网调频阶段的流程示意图；
图3为本发明所提供的飞轮储能系统的控制方法在物理惯量支撑阶段和电网调频阶段的流程示意图；
图4为本发明所提供的飞轮储能系统的控制方法在第二电机并网阶段的流程示意图；
图5为本发明所提供的飞轮储能系统的控制方法在飞轮转子加速阶段的流程示意图；
图6为本发明所提供的飞轮储能系统的结构示意图。
图1-6中：
1为第二电机、2为第一径向磁轴承、3为第一电机、4为轴向磁轴承、5为飞轮转子、6为第二径向磁轴承、7为励磁控制器、8为控制开关、9为电网、10为双向变流器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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做出创造性劳动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。
本发明的核心是提供一种飞轮储能系统的控制方法，飞轮储能系统同时具有物理惯量支撑及电网调频的作用，避免了多种储能装置的设置，简化了储能系统的控制方法，使储能系统的控制方法更方便实施。
本发明的另一核心是提供一种用于控制执行上述飞轮储能系统的控制方法的控制系统以及一种存储有用于执行上述飞轮储能系统的控制方法的计算机程序的存储介质。
请参考图1至图6。
在一具体实施例中，飞轮储能系统包括第一电机3、飞轮转子5以及第二电机1；第一电机3的定子绕组通过双向变流器10与电网9连接，第二电机1的定子绕组通过控制开关8与电网9连接；飞轮转子5、第一电机3的转子和第二电机1的转子能够同步转动。飞轮储能系统的控制方法应用于飞轮储能系统，在初始预充阶段，飞轮转子5的转速为零，电网9的实时频率为fe，电网9的预设频率为f0，当电网9的实时频率fe高于电网9的预设频率f0+△f（f0一般为50Hz，△f为电网调频死区，一般为0.033Hz）时，飞轮储能系统的控制方法包括：
步骤S1，启动第一电机3，控制第一电机3处于电动状态，飞轮转子5加速转动至预设转速n1。
具体的，如图5所示，可以使飞轮储能系统的控制方法包括：
步骤S101：判断电网9的实时频率为fe是否大于电网9的预设频率为f0与电网9的调频死区之和，即fe＞f0+△f，若是，则双向变流器的Sw1与sw2同时使能，使第一电机3运行至电动状态，飞轮转子5加速，将电能转化为机械能，抑制电网的实时频率上升。
在上述步骤S1中，双向变流器10控制第一电机3工作于电动状态，有功功率由电网9向飞轮转子5传递，飞轮转子5加速至预设转速n1（预设转速n1可以是不超过飞轮转子5最高运转速度的任何转速），电能转换为飞轮转子5的动能，抑制电网9的实时频率的上升。
初始预充阶段结束后，进入第二电机1并网阶段，使第二电机1接入电网9；
第二电机1并网完成后，当电网9的实时频率相对于电网9的额定频率的波动值小于电网9的调频死区时，此处，电网9的实时频率相对于电网9的额定频率的波动值为△f1，电网9的调频死区为△f，电网9的实时频率相对于电网9的额定频率的波动值小于电网9的调频死区，即当△f1＜△f时，如图1所示，飞轮储能系统的控制方法包括：
步骤S2，控制控制开关8处于闭合状态，使得第二电机1的定子绕组与电网9电连接，并且通过双向变流器10控制第一电机3处于待机状态，飞轮储能系统进入物理惯量支撑阶段。
在物理惯量支撑阶段，飞轮转子5处于旋转待机状态，第一电机3与双向变流器10之间为断开状态，无能量交换，忽略励磁损耗，飞轮储能系统与电网9之间无能量交换。
步骤S3，判断△f1是否为正值，若是，则第二电机1的定子绕组牵引飞轮转子5加速，将电能转换为飞轮转子5的动能，直至第二电机1的定子绕组所产生的磁场与其转子绕组所产生的磁场同相位，飞轮转子5恢复至待机状态，达到新能的稳定频率△f2；若否，则判断△f1是否为负值，若是，则飞轮转子5牵引第二电机1的定子绕组减速，将飞轮转子5的动能转化为电能，直至第二电机1的定子绕组所产生的磁场与其转子绕组所产生的磁场同相位，使飞轮转子5恢复至待机状态，达到新能的稳定频率△f2。
在物理惯量支撑阶段，当电网9的实时频率大于电网9的额定频率时，此时电网9的实时频率相对于电网9的额定频率的波动值△f1为正值，第二电机1的定子绕组牵引飞轮转子5加速，将电能转换为飞轮转子5的动能，直至第二电机1的定子绕组所产生的磁场与其转子绕组所产生的磁场同相位，飞轮转子5恢复至待机状态，达到新能的稳定频率△f2；当电网9的实时频率小于电网9的额定频率时，此时电网9的实时频率相对于电网9的额定频率的波动值△f1为负值，飞轮转子5牵引第二电机1的定子绕组减速，将飞轮转子5的动能转化为电能，直至第二电机1的定子绕组所产生的磁场与其转子绕组所产生的磁场同相位，使飞轮转子5恢复至待机状态，达到新能的稳定频率△f2。
当电网9的实时频率相对于电网9的额定频率的波动值△f1为正值时，第二电机1的定子绕组所产生的定子磁场相位将超前其转子磁场的相位，第二电机1的定子绕组主动牵引转子绕组做加速运转，达到新能的稳定频率△f2，最终电能转换为动能，能量转换公式为：
Figure SMS_7
，起到抑制频率进一步上升的作用，其中J为飞轮系统转轴的转动惯量。
当电网9的实时频率相对于电网9的额定频率的波动值△f1为负值时，第二电机1的定子绕组所产生的定子磁场相位将滞后其转子磁场的相位，飞轮转子5牵引第二电机1的定子绕组减速，达到新能的稳定频率△f2，最终动能转换为电能，能量转换公式为：
Figure SMS_8
，起到抑制频率进一步上升的作用，其中J为飞轮系统转轴的转动惯量。
在物理惯量支撑阶段，由于△f1-△f2的差值较小，总体能量较小，因此励磁控制器7的总容量较小，此过程无需主动控制，只需励磁控制器7被动响应即可。
需要进行说明的是，如果物理惯量支撑阶段的能量
Figure SMS_9
不足以支撑电网9的负荷波动，电网9的实时频率继续下跌或上升，电网9的实时频率相对于电网9的额定频率的波动值△f1超出调频死区∆f时，飞轮储能系统将进入电网调频阶段。
当电网9的实时频率相对于电网9的额定频率的波动值大于电网9的调频死区时，即△f1＞△f时，飞轮储能系统的控制方法包括：
步骤S4，控制双向变流器10使能从而使得第一电机3工作，飞轮储能系统进入电网调频阶段；当电网9的实时频率大于电网9的额定频率时，双向变流器10控制第一电机3处于电动状态，飞轮转子5加速转动，以使飞轮转子5将电能转化为动能存储，直至飞轮转子5恢复至待机状态；当电网9的实时频率小于电网9的额定频率时，双向变流器10控制第一电机3处于发电状态，飞轮转子5减速转动，以将飞轮转子5的动能转化为电能，直至飞轮转子5恢复至待机状态。
具体的，如图2所示，可以将步骤S4拆分为：
步骤S41，控制双向变流器10使能从而使得第一电机3工作，飞轮储能系统进入电网调频阶段；
步骤S42，判断电网9的实时频率是否大于电网9的额定频率，若是，则双向变流器10控制第一电机3处于电动状态，飞轮转子5加速转动，以使飞轮转子5将电能转化为动能存储，直至飞轮转子5恢复至待机状态；若否，则判断电网9的实时频率是否小于电网9的额定频率，若是，则双向变流器10控制第一电机3处于发电状态，飞轮转子5减速转动，以将飞轮转子5的动能转化为电能，直至飞轮转子5恢复至待机状态。
需要进行说明的是，在电网调频阶段，双向变流器10对第一电机3使能后，控制开关8断开，第二电机1处于关闭状态，直至飞轮转子5处于新的稳定待机状态。当飞轮转子5处于新的待机状态时，可以进入第二电机1并网阶段。
相比于现有技术，本具体实施例提供的飞轮储能系统的控制方法在实施的过程中，可以通过对飞轮储能系统的控制，使飞轮储能系统同时具备物理惯量支撑以及当做电网调频装置使用的功能，避免了针对物理惯量支撑阶段和电网调频阶段分别控制不同的储能系统的操作，简化了储能系统的控制方法，使储能系统的控制方法更方便实施。
在一具体实施例中，电网9的实时频率相对于电网9的额定频率的波动值小于电网9的调频死区，即当△f1＜△f时，如图3所示，飞轮储能系统的控制方法包括：
步骤S2，控制控制开关8处于闭合状态，使得第二电机1的定子绕组与电网9电连接，并且通过双向变流器10控制第一电机3处于待机状态，飞轮储能系统进入物理惯量支撑阶段；
步骤S301，判断△f1是否为正值，若是，则第二电机1的定子绕组牵引飞轮转子5加速，将电能转换为飞轮转子5的动能，并进入步骤S411；若否，则判断△f1是否为负值，若是，则飞轮转子5牵引第二电机1的定子绕组减速，将飞轮转子5的动能转化为电能，并进入步骤S412；
步骤S411，判断电网的实时频率是否进一步上升，且△f1＞△f，若是，则双向变流器10控制第一电机3处于电动状态，飞轮转子5加速转动，以使飞轮转子5将电能转化为动能存储，直至飞轮转子5恢复至待机状态；
步骤S412，判断电网的实时频率是否进一步下降，且△f1小于△f，若是，则双向变流器10控制第一电机3处于发电状态，飞轮转子5减速转动，以将飞轮转子5的动能转化为电能，直至飞轮转子5恢复至待机状态。
在电网调频阶段，飞轮储能系统的控制方法还包括：
步骤S401，控制控制开关8处于闭合状态，使得第二电机1的定子绕组与电网9电连接，并且，控制励磁控制器7以控制第二电机1的转子绕组的电流相位，使第二电机1的定子绕组的电流所产生的旋转磁场与其转子绕组的电流所产生的旋转磁场的相位一致，从而使得第二电机1处于空载状态；或者，控制控制开关8断开。
在电网调频阶段，第二电机1可以处于空载状态，也可以处于与电网9断开状态，具体根据实际情况确定；本具体实施例中通过控制控制开端的闭合或断开以及控制励磁控制器7工作，使第二电机1的状态调整更加方便，易操作。
在一具体实施例中，如图6所示，飞轮储能系统包括励磁控制器7，励磁控制器7的一端与双向变流器10连接，另一端与第二电机1的转子绕组连接，以向第二电机1的转子绕组提供所需的电流。
在第二电机1并网阶段，飞轮储能系统的控制方法还包括：
步骤S5，控制励磁控制器7工作，向第二电机1提供交流电，启动第二电机1，以使飞轮转子5旋转频率与第二电机1的转子绕组所产生的磁场频率之和等于电网9的实时频率；
步骤S6，控制控制开关8闭合，以使第二电机1的定子绕组与电网9电连接。
在飞轮储能系统实际工作的过程中，在电网调频阶段之后，飞轮储能系统可以进入第二电机1并网阶段，飞轮储能系统的控制方法还包括：
步骤S5，控制励磁控制器7工作，向第二电机1提供交流电，启动第二电机1，以使飞轮转子5旋转频率与第二电机1的转子绕组所产生的磁场频率之和等于电网9的实时频率；
步骤S6，控制控制开关8闭合，以使第二电机1的定子绕组与电网9电连接。
需要进行说明的是，在飞轮储能系统实际工作的过程中，只要第一电机3不使能，由于第二电机1的作用，飞轮装置可以在任何转速下进行并网。
在具体实施上述步骤S5、步骤S6的过程中，电网9的实时频率为fe，飞轮转子5的实时转速为n，第二电机1的极对数为p；当
Figure SMS_10
大于零时，如图4所示，步骤S5包括：
步骤S501，控制励磁控制器7向第二电机1的转子绕组提供频率为
Figure SMS_11
的三相电流，且三相电流所产生的旋转磁场方向与飞轮转子5的旋转方向相同。
上述步骤S6之后，飞轮储能系统的控制方法还包括：
步骤S601，控制励磁控制器7调整第二电机1的转子绕组中励磁电流的相位，使第二电机1的定子绕组和转子绕组的磁场同相位。
上述步骤S601中，第二电机1的定子绕组和转子绕组的磁场同相位，相当于使飞轮转子5处于亚同步空载状态，忽略励磁损耗，飞轮储能系统与电网9之间无能量交换。
电网9的实时频率为fe，飞轮转子5的实时转速为n，第二电机的极对数为p，当
Figure SMS_12
小于零时，如图4所示，步骤S5包括：
步骤S511，控制励磁控制器7向第二电机1的转子绕组提供频率为
Figure SMS_13
的三相电流，且三相电流所产生的旋转磁场方向与飞轮转子5的旋转方向相反；其中，在计算飞轮转子5旋转频率与第二电机1的转子绕组所产生的磁场频率之和时，第二电机1的转子绕组所产生的磁场频率为负值。
上述步骤S6之后，飞轮储能系统的控制方法还包括：
步骤S602，控制励磁控制器7调整第二电机1的转子绕组中励磁电流的相位，使第二电机1的定子绕组和转子绕组的磁场同相位。
上述步骤S602中，第二电机1的定子绕组和转子绕组的磁场同相位，相当于飞轮转子5处于超同步空载状态，忽略励磁损耗，飞轮储能系统与电网9间无能量交换。
在一具体实施例中，可以将第一电机3设置为永磁同步电机，将第二电机1设置为励磁电机，且励磁电机的额定功率小于永磁同步电机的额定功率。本具体实施例中的励磁电机用作惯量支撑，可以选用较小功率的电机，以降低成本。
在本具体实施例中，使用励磁电机用作惯量支撑，相较永磁电机控制程序更为简单；具体的，永磁电机通过转子中的永磁体产生转子磁场，如果需要改变转子磁场大小则需要复杂的控制策略；而相比永磁电机，由于励磁电机不含永磁体，只需控制转子线圈的通电电流便可以控制转子的旋转磁场大小，控制程序更为简单。
具体的，可以将第二电机1设置为定转子均为三相绕组的励磁电机，且励磁电机为极对数p=1的它励电机，由于励磁电机只做物理惯量支撑用，所需承受的只是瞬时冲击功率，故励磁电机只需一个小容量功率电机即可；如图6所示，励磁电机通过励磁控制器7并联在双向变流器10的直流母线电容上，励磁电机的定子绕组通过控制开关8与电网9直连；励磁控制器7的直流电源由双向变流器10提供，通过控制励磁控制器7，可向励磁电机提供所需的幅值、频率、相位、相序的三相交流电流。
永磁同步电机的功率大于励磁电机的功率，一般为几百kw~几Mw，永磁同步电机的定子可以为3相或多相形式，电机转子励磁由永磁体提供，永磁电机的定子通过双向变流器10与电网9连接，通过对双向变流器10进行控制，可以向永磁同步电机提供所需幅值、频率、相位的三相交流电流，使永磁同步电机处于发电或电动状态，从而实现电网9与飞轮储能系统之间的有功功率交换，实现电网调频。
图6中的双向变流器10具备AC/DC、DC/AC整流与逆变功能，负责驱动大功率的永磁同步电机，实现交流电与直流电之间的能量双向流动，在飞轮储能系统中，同时向励磁控制器7提供DC电流。图6中的励磁控制器7主要负责向励磁电机的转子绕组提供所需的幅值、频率和相位的三相交流励磁电流，且该励磁控制器7选择小容量的即可满足；如图6所示，励磁电机的一端设置有第一径向磁轴承2，飞轮装置的一端设置有第二径向磁轴承6，另一端设置有轴向磁轴承4，第一径向磁轴承2、第二径向磁轴承6、轴向磁轴承4主要负责飞轮储能系统的悬浮支撑。
除了上述飞轮储能系统的控制方法，本发明还提供一种控制系统，控制系统包括：
第一存储器，用于存储计算机程序；
第一处理器，用于执行计算机程序时实现如上述任一项的飞轮储能系统的控制方法。
除了上述飞轮储能系统的控制方法，本发明还提供一种存储介质，存储介质为计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序适于处理器进行加载，以执行如上述任一项的飞轮储能系统的控制方法。
本申请文件中提到的第一电机3和第二电机1、第一径向磁轴承2和第二径向磁轴承6中的“第一”、“第二”仅仅是为了区分位置的不同，并没有先后顺序之分。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。
以上对本发明所提供的飞轮储能系统的控制方法、控制系统、存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，应用于飞轮储能系统，所述飞轮储能系统包括第一电机（3）、飞轮转子（5）以及第二电机（1）；所述第一电机（3）的定子绕组通过双向变流器（10）与电网（9）连接，所述第二电机（1）的定子绕组通过控制开关（8）与所述电网（9）连接；所述飞轮转子（5）、所述第一电机（3）的转子和所述第二电机（1）的转子能够同步转动；
当所述电网（9）的实时频率相对于所述电网（9）的额定频率的波动值小于所述电网（9）的调频死区时，所述飞轮储能系统的控制方法包括：
控制所述控制开关（8）处于闭合状态，使得所述第二电机（1）的定子绕组与所述电网（9）电连接，并且通过所述双向变流器（10）控制所述第一电机（3）处于待机状态，所述飞轮储能系统进入物理惯量支撑阶段；
其中，在所述物理惯量支撑阶段，当所述电网（9）的实时频率大于所述电网（9）的额定频率时，所述第二电机（1）的定子绕组牵引所述飞轮转子（5）加速，将电能转换为所述飞轮转子（5）的动能，直至所述第二电机（1）的定子绕组所产生的磁场与其转子绕组所产生的磁场同相位，所述飞轮转子（5）恢复至待机状态；当所述电网（9）的实时频率小于所述电网（9）的额定频率时，所述飞轮转子（5）牵引所述第二电机（1）的定子绕组减速，将所述飞轮转子（5）的动能转化为电能，直至所述第二电机（1）的定子绕组所产生的磁场与其转子绕组所产生的磁场同相位，使所述飞轮转子（5）恢复至待机状态；
当所述电网（9）的实时频率相对于所述电网（9）的额定频率的波动值大于所述电网（9）的调频死区时，所述飞轮储能系统的控制方法包括：
控制所述双向变流器（10）使能从而使得所述第一电机（3）工作，所述飞轮储能系统进入电网调频阶段；
其中，在所述电网调频阶段，当所述电网（9）的实时频率大于所述电网（9）的额定频率时，所述双向变流器（10）控制所述第一电机（3）处于电动状态，所述飞轮转子（5）加速转动，以使所述飞轮转子（5）将电能转化为动能存储，直至所述飞轮转子（5）恢复至待机状态；当所述电网（9）的实时频率小于所述电网（9）的额定频率时，所述双向变流器（10）控制所述第一电机（3）处于发电状态，所述飞轮转子（5）减速转动，以将所述飞轮转子（5）的动能转化为电能，直至所述飞轮转子（5）恢复至待机状态。
2.根据权利要求1所述的飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，所述飞轮储能系统包括励磁控制器（7），所述励磁控制器（7）的一端与所述双向变流器（10）连接，另一端与所述第二电机（1）的转子绕组连接，以向所述第二电机（1）的转子绕组提供所需的电流。
3.根据权利要求2所述的飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，当所述电网（9）的实时频率相对于所述电网（9）的额定频率的波动值大于所述电网（9）的调频死区时，所述飞轮储能系统的控制方法还包括：
控制所述控制开关（8）处于闭合状态，使得所述第二电机（1）的定子绕组与所述电网（9）电连接，并且，控制所述励磁控制器（7）以控制所述第二电机（1）的转子绕组的电流相位，使所述第二电机（1）的定子绕组的电流所产生的旋转磁场与其转子绕组的电流所产生的旋转磁场的相位一致，从而使得所述第二电机（1）处于空载状态；
或者，控制所述控制开关（8）断开。
4.根据权利要求2所述的飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，所述飞轮储能系统进入所述物理惯量支撑阶段之前，所述飞轮储能系统的控制方法还包括：
控制励磁控制器（7）工作，向所述第二电机（1）提供交流电，启动所述第二电机（1），以使所述飞轮转子（5）旋转频率与所述第二电机（1）的转子绕组所产生的磁场频率之和等于所述电网（9）的实时频率；
控制所述控制开关（8）闭合，以使所述第二电机（1）的定子绕组与所述电网（9）电连接。
5.根据权利要求2所述的飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，所述飞轮储能系统进入电网（9）调频阶段之后，所述飞轮储能系统的控制方法还包括：
控制励磁控制器（7）工作，向所述第二电机（1）提供交流电，启动所述第二电机（1），以使所述飞轮转子（5）旋转频率与所述第二电机（1）的转子绕组所产生的磁场频率之和等于所述电网（9）的实时频率；
控制所述控制开关（8）关闭，以使所述第二电机（1）的定子绕组与所述电网（9）电连接。
6.根据权利要求4或5所述的飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，所述电网（9）的实时频率为fe，飞轮转子（5）的实时转速为n，所述第二电机（1）的极对数为p；当
Figure QLYQS_1
大于零时，所述控制励磁控制器（7）工作，向所述第二电机（1）提供交流电，启动所述第二电机（1），以使所述飞轮转子（5）旋转频率与所述第二电机（1）的转子绕组所产生的磁场频率之和等于所述电网（9）的实时频率包括：
控制所述励磁控制器（7）向所述第二电机（1）的转子绕组提供频率为
Figure QLYQS_2
的三相电流，且所述三相电流所产生的旋转磁场方向与所述飞轮转子（5）的旋转方向相同。
7.根据权利要求6所述的飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，所述控制所述励磁控制器（7）向所述第二电机（1）的转子绕组提供频率为
Figure QLYQS_3
的三相电流，且所述三相电流所产生的旋转磁场方向与所述飞轮转子（5）的旋转方向相同之后，包括：
控制所述励磁控制器（7）调整所述第二电机（1）的转子绕组中励磁电流的相位，使所述第二电机（1）的定子绕组和所述转子绕组的磁场同相位。
8.根据权利要求4或5所述的飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，所述电网（9）的实时频率为fe，飞轮转子（5）的实时转速为n，所述第二电机（1）的极对数为p；当
Figure QLYQS_4
小于零时，所述控制励磁控制器（7）工作，向所述第二电机（1）提供交流电，启动所述第二电机（1），以使所述飞轮转子（5）旋转频率与所述第二电机（1）的转子绕组所产生的磁场频率之和等于所述电网（9）的实时频率包括：
控制所述励磁控制器（7）向所述第二电机（1）的转子绕组提供频率为
Figure QLYQS_5
的三相电流，且所述三相电流所产生的旋转磁场方向与所述飞轮转子（5）的旋转方向相反；其中，在计算所述飞轮转子（5）旋转频率与所述第二电机（1）的转子绕组所产生的磁场频率之和时，所述第二电机（1）的转子绕组所产生的磁场频率为负值。
9.根据权利要求8所述的飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，所述控制所述励磁控制器（7）向所述第二电机（1）的转子绕组提供频率为
Figure QLYQS_6
的三相电流，且所述三相电流所产生的旋转磁场方向与所述飞轮转子（5）的旋转方向相反之后，包括：
控制所述励磁控制器（7）调整所述第二电机（1）的转子绕组中励磁电流的相位，使所述第二电机（1）的定子绕组和所述转子绕组的磁场同相位。
10.根据权利要求1所述的飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，所述第一电机（3）为永磁同步电机，所述第二电机（1）为励磁电机，且所述励磁电机的额定功率小于所述永磁同步电机的额定功率。
11.根据权利要求4所述的飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，所述控制所述控制开关（8）闭合，以使所述第二电机（1）的定子绕组与所述电网（9）电连接之前，且所述电网（9）的实时频率大于所述电网（9）的预设频率f0与所述电网（9）的死区频率之和时，所述飞轮储能系统的控制方法还包括：
启动所述第一电机（3），控制所述第一电机（3）处于电动状态，所述飞轮转子（5）加速转动至预设转速n1。
12.一种控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：
第一存储器，用于存储计算机程序；
第一处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1-11任一项所述的飞轮储能系统的控制方法。
13.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适于处理器进行加载，以执行如权利要求1至11任一项所述的飞轮储能系统的控制方法。
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