CN116526526A - 孤岛微电网飞轮储能系统及其控制方法 - Google Patents

孤岛微电网飞轮储能系统及其控制方法 Download PDF

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CN116526526A CN202310752821.XA CN202310752821A CN116526526A CN 116526526 A CN116526526 A CN 116526526A CN 202310752821 A CN202310752821 A CN 202310752821A CN 116526526 A CN116526526 A CN 116526526A
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李文东
王宏
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Micro Control Physics Energy Storage Research Development Shenzhen Co ltd
Shenyang Micro Control Active Magnetic Levitation Technology Industry Research Institute Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种孤岛微电网飞轮储能系统及其控制方法，涉及飞轮储能技术领域，该系统包括：飞轮、永磁同步发电机、第一机侧变流器、直流母线、网侧变流器、变压器和第二机侧变流器，当所述孤岛微电网飞轮储能系统处于充电模式时，所述第一机侧变流器执行第一控制策略，以驱动所述永磁同步发电机带动所述飞轮旋转，以使所述飞轮进行充电；当所述孤岛微电网飞轮储能系统处于放电模式时，所述第一机侧变流器执行第二控制策略，以使所述飞轮释放能量至所述直流母线，本发明可以减少过充电、过放电现象的发生，且可以解决快速释放大功率冲击能量的问题，同时解决电池储能结构体积大、重量大和存在化学电解液回收等问题。

Description

孤岛微电网飞轮储能系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及飞轮储能技术领域，尤其是涉及一种孤岛微电网飞轮储能系统及其控制方法。
背景技术
微电网，由分布式电源、负载、储能装置及控制单元组成。微电网的容量和惯性相对较小，易受到分布式电源和负载波动的影响，存在电能输出间歇性和波动性大、网络潮流复杂、继电保护和稳定控制的问题，储能装置的应用可解决上述问题。
微电网系统储能方式主要有电磁储能、物理储能和电化学储能等形式，电池储能作为电化学储能中的一种，存在结构体积大、重量大和化学电解液回收的问题，且无法快速释放大功率的冲击能量。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种孤岛微电网飞轮储能系统及其控制方法。
本发明提出的一种孤岛微电网飞轮储能系统，包括：飞轮、永磁同步发电机、第一机侧变流器、直流母线、网侧变流器、变压器和第二机侧变流器；其中，所述永磁同步发电机分别与所述飞轮和所述第一机侧变流器连接，当所述孤岛微电网飞轮储能系统处于充电模式时，所述第一机侧变流器执行第一控制策略，以驱动所述永磁同步发电机带动所述飞轮旋转，以使所述飞轮进行充电；以及，当所述孤岛微电网飞轮储能系统处于放电模式时，所述第一机侧变流器执行第二控制策略，以使所述飞轮释放能量至所述直流母线；所述网侧变流器分别与所述直流母线和所述变压器连接，用于将来自电网的交流电压转化成直流电压，并输出所述直流电压至所述直流母线；所述第二机侧变流器分别与所述直流母线和负载连接，用于将所述直流电压转化成所述负载所需的电压。
另外，根据本发明实施例的孤岛微电网飞轮储能系统，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述第一机侧变流器包括九相全控桥式电压型SVPWM整流电路。
进一步地，所述永磁同步发电机包括九相电机绕组。
进一步地，所述第一机侧变流器执行所述第一控制策略时，选择所述九相电机绕组中的任意对称三相绕组和所述九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的任意对称三相绕组构成三相全控桥式电压型SVPWM整流电路。
进一步地，所述第一控制策略包括：获取所述飞轮的实际转速和参考转速、所述永磁同步发电机的第一实际电流；根据所述实际转速和所述参考转速确定所述永磁同步发电机的第一参考电流；将所述第一参考电流和所述第一实际电流进行比较，并经过第一PI控制器、反clark变换与反park变换、SVPWM调制后得到用于控制所述第一机侧变流器的第一PWM控制信号。
进一步地，根据所述实际转速和所述参考转速确定所述永磁同步发电机的第一参考电流，包括：将所述实际转速和所述参考转速比较，并经过第二PI控制器得到所述永磁同步发电机的第一参考电流。
进一步地，所述第一机侧变流器执行所述第二控制策略时，所述九相电机绕组中的三相绕组和所述九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的三相绕组构成三相全控桥式电压型SVPWM整流电路；或者，所述九相电机绕组中的六相绕组和所述九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的六相绕组构成六相全控桥式电压型SVPWM整流电路；或者，所述九相电机绕组中的九相绕组和所述九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的九相绕组构成九相全控桥式电压型SVPWM整流电路。
进一步地，所述第二控制策略包括：获取所述飞轮的实际电压和参考电压、所述永磁同步发电机的第二实际电流；根据所述实际电压和所述参考电压确定所述永磁同步发电机的第二参考电流；将所述第二参考电流和第二实际电流进行比较，并经过第三PI控制器、反clark变换与反park变换、SVPWM调制后得到用于控制所述第一机侧变流器的第二PWM控制信号。
进一步地，根据所述实际电压和所述参考电压确定所述永磁同步发电机的第二参考电流，包括：将所述实际电压和所述参考电压比较，并经过第四PI控制器得到所述永磁同步发电机的第二参考电流。
根据本发明实施例的孤岛微电网飞轮储能系统，该系统包括飞轮、永磁同步发电机、第一机侧变流器、直流母线、网侧变流器、变压器、第二机侧变流器，当孤岛微电网飞轮储能系统处于充电模式时，第一机侧变流器执行第一控制策略，以驱动永磁同步发电机带动飞轮旋转，以使飞轮进行充电；当孤岛微电网飞轮储能系统处于放电模式时，第一机侧变流器执行第二控制策略，以使飞轮释放能量至直流母线，与现有技术中的电池储能相比，本发明实施例的孤岛微电网飞轮储能系统可以减少过充电、过放电现象的发生，且可以解决快速释放大功率冲击能量的问题，同时解决电池储能结构体积大、重量大和存在化学电解液回收等问题，且本发明实施例具有对温度不敏感，对环境友好的优点。
针对上述存在的问题，本发明还提出一种孤岛微电网飞轮储能系统的控制方法，用于如上述任一实施例所述的孤岛微电网飞轮储能系统，所述方法包括：当所述孤岛微电网飞轮储能系统处于充电模式时，第一机侧变流器执行第一控制策略，驱动永磁同步发电机带动飞轮旋转，以使所述飞轮进行充电；当所述孤岛微电网飞轮储能系统处于放电模式时，所述第一机侧变流器执行第二控制策略，以使所述飞轮释放能量至直流母线。
根据本发明实施例的孤岛微电网飞轮储能系统的控制方法，当孤岛微电网飞轮储能系统处于充电模式时，第一机侧变流器执行第一控制策略，以驱动永磁同步发电机带动飞轮旋转，以使飞轮进行充电；当孤岛微电网飞轮储能系统处于放电模式时，第一机侧变流器执行第二控制策略，以使飞轮释放能量至直流母线，与现有技术中的电池储能相比，本发明实施例的孤岛微电网飞轮储能系统可以减少过充电、过放电现象的发生，且可以解决快速释放大功率冲击能量的问题，同时解决电池储能结构体积大、重量大和存在化学电解液回收等问题，且本发明实施例具有对温度不敏感，对环境友好的优点。
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孤岛微电网飞轮储能系统的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的单相全控桥式电压型整流电路的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的三相全控桥式电压型SVPWM整流电路的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的孤岛微电网飞轮储能系统充电时的控制框图；
图5是根据本发明一个实施例的孤岛微电网飞轮储能系统放电时的控制框图；
图6是根据本发明一个实施例的孤岛微电网飞轮储能系统的控制方法的流程图。
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。
下面参考图1-图6描述根据本发明实施例的孤岛微电网飞轮储能系统及其控制方法。
图1是根据本发明一个实施例的孤岛微电网飞轮储能系统的结构示意图。如图1所示，一种孤岛微电网飞轮储能系统，包括：飞轮、永磁同步发电机、第一机侧变流器、直流母线、网侧变流器、变压器和第二机侧变流器。其中，永磁同步发电机分别与飞轮和第一机侧变流器连接，当孤岛微电网飞轮储能系统处于充电模式时，第一机侧变流器执行第一控制策略，以驱动永磁同步发电机带动飞轮旋转，以使飞轮进行充电；以及，当孤岛微电网飞轮储能系统处于放电模式时，第一机侧变流器执行第二控制策略，以使飞轮释放能量至直流母线；网侧变流器分别与直流母线和变压器连接，用于将来自电网的交流电压转化成直流电压，并输出直流电压至直流母线；第二机侧变流器分别与直流母线和负载连接，用于将直流电压转化成负载所需的电压。
具体而言，当孤岛微电网飞轮储能系统处于充电模式时，电网通过网侧变流器将交流电转化为直流电，直流电通过直流母线和第一机侧变流器驱动永磁同步发电机带动飞轮高速旋转，从而将从电网吸收的电能储存在飞轮中。当孤岛微电网飞轮储能系统处于放电模式时，第一机侧变流器执行第二控制策略，以使飞轮释放能量至直流母线，并通过第二机侧变流器将直流电压转化成负载所需的电压，以使飞轮向负载提供能量，飞轮存储的电能减少，飞轮转速下降。由于飞轮储能作为机械储能的一种，具有储能密度高、充电时间短、放电深度容易测量的优点，与现有技术中的电池储能相比，本发明实施例可以减少过充电、过放电现象的发生，且可以解决快速释放大功率冲击能量的问题，同时解决电池储能结构体积大、重量大和存在化学电解液回收等问题，且本发明实施例具有对温度不敏感，对环境友好的优点。
在本发明的一个实施例中，第一机侧变流器包括九相全控桥式电压型SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制整流器）整流电路，永磁同步发电机包括九相电机绕组。
具体而言，单相全控桥式电压型整流电路如图2所示，则九相全控桥式电压型SVPWM整流电路包括九个单相全控桥式电压型整流电路。在进行SVPWM空间矢量控制时，H桥逆变器上每一相绕组上都有两个桥臂，每一个桥臂上有两个开关管以及与之相并联的反向恢复二极管D1。具体的，开关管Q5和开关管Q3以及与之相并联的反向恢复二极管D1构成一个桥臂，开关管Q2和开关管Q4以及与之相并联的反向恢复二极管D1构成一个桥臂，当上桥臂（开关管Q5或开关管Q2）开通，下桥臂（开关管Q3或开关管Q4）关断时将该桥臂的工作状态定义为1，下桥臂（开关管Q3或开关管Q4）开通，上桥臂（开关管Q5或开关管Q2）关断时定义为0，那么对于九相电机而言，则共有262144种开关状态，其中00和11两种开关状态所产生电平相同。因此，对于00,01,10,11这四种开关状态可以简化成三种电平状态，这样有利于整个运算的简化。
在本发明的一个实施例中，第一机侧变流器执行第一控制策略时，选择永磁同步发电机的九相电机绕组中的任意对称三相绕组和九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的任意对称三相绕组构成三相全控桥式电压型SVPWM整流电路。
具体而言，当负载瞬间制动消失后，孤岛微电网飞轮储能系统控制器选择永磁同步发电机的九相电机绕组中的任意对称三相绕组和九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的任意对称三相绕组构成三相全控桥式电压型SVPWM整流电路，通过转速电流双闭环控制结构，生成空间矢量，控制三相全控桥式电压型SVPWM整流电路中开关管工作，使得能量能够长时小功率地将直流母线上的电压回收至飞轮储能系统中，使得飞轮转速升高。
在具体实施例中，如图3所示，当第一机侧变流器执行第一控制策略时，选择永磁同步发电机的九相电机绕组中的任意对称三相绕组a2，b2和c2和九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的任意对称三相绕组构成三相全控桥式电压型SVPWM整流电路，以使直流母线通过三相全控桥式电压型SVPWM整流电路驱动永磁同步发电机带动飞轮旋转，以使飞轮进行充电，充电时的电流流动方向如图3所示。
在本发明的一个实施例中，第一控制策略包括：获取飞轮的实际转速和参考转速、永磁同步发电机的第一实际电流；根据实际转速和参考转速确定永磁同步发电机的第一参考电流；将第一参考电流和第一实际电流进行比较，并经过第一PI控制器、反clark变换与反park变换、SVPWM调制后得到用于控制第一机侧变流器的第一PWM控制信号。需要说明的是，由于本发明实施例的飞轮由永磁同步发电机带动进行旋转，因此，飞轮的实际转速和永磁同步发电机的转速相同。具体的，根据飞轮的实际转速和参考转速确定永磁同步发电机的第一参考电流，包括：将飞轮的实际转速和参考转速比较，并经过第二PI控制器得到永磁同步发电机的第一参考电流。
具体而言，如图4所示，飞轮的实际转速例如为n，飞轮的参考转速例如为nref，永磁同步发电机的第一实际电流例如为iq，则根据飞轮的实际转速n和参考转速nref确定永磁同步发电机的第一参考电流iq *，并将永磁同步发电机的第一参考电流iq *和第一实际电流iq进行比较，并经过第一PI控制器得到电压信号Ud，电压信号Ud经反clark变换与反park变换得到电压信号Uaref、Ubref、Ucref，电压信号Uaref、Ubref、Ucref经SVPWM调制后得到用于控制所述第一机侧变流器的第一PWM控制信号，并将第一PWM控制信号输出至第一机侧变流器，以使第一机侧变流器驱动永磁同步发电机带动飞轮高速旋转，从而将从电网吸收的电能储存在飞轮中。其中，id和iq由永磁同步发电机的三相电流Ia、Ib、Ic经clark变换与park变换得到。具体的，根据飞轮的实际转速n和参考转速nref确定永磁同步发电机的第一参考电流iq *，包括：将飞轮的实际转速n和参考转速nref比较，并经过第二PI控制器得到永磁同步发电机的第一参考电流iq *，然后可以根据永磁同步发电机的第一参考电流iq *和第一实际电流iq确定用于控制第一机侧变流器的第一PWM控制信号。
在具体实施例中，在将永磁同步发电机的第一参考电流iq *和第一实际电流iq进行比较，并经过第一PI控制器得到电压信号Ud时，第一PI控制器的闭环传递函数为：
，
；
其中，为积分算子，/>为第一PI控制器的比例增益，/>为第一PI控制器的积分增益，/>为第一PI控制器的输入量，Ud(s)为电压信号。
由此，将永磁同步发电机的第一参考电流iq *和第一实际电流iq进行比较后的值输入第一PI控制器，得到电压信号Ud，即：
；
其中，为积分算子，/>为第一PI控制器的比例增益，/>为第一PI控制器的积分增益，iq *为第一参考电流，iq为第一实际电流，Ud为电压信号。/>和/>可以根据实际情况设定。
在具体实施例中，在将飞轮的实际转速n和参考转速nref比较，并经过第二PI控制器得到永磁同步发电机的第一参考电流iq *时，第二PI控制器的闭环传递函数为：
，
；
其中，为积分算子，/>为第二PI控制器的比例增益，/>为第二PI控制器的积分增益，/>为第二PI控制器的输入量，iq *(s)为第一参考电流信号。
由此，将飞轮的实际转速n和参考转速nref进行比较后的值输入第二PI控制器，得到第一参考电流iq *，即：
；
其中，为积分算子，/>为第二PI控制器的比例增益，/>为第二PI控制器的积分增益，iq *为第一参考电流，nref为参考转速，n为实际转速。/>和/>可以根据实际情况设定。
在本发明的一个实施例中，第一机侧变流器执行第二控制策略时，永磁同步发电机的九相电机绕组中的三相绕组和九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的三相绕组构成三相全控桥式电压型SVPWM整流电路；或者，永磁同步发电机的九相电机绕组中的六相绕组和九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的六相绕组构成六相全控桥式电压型SVPWM整流电路；或者，永磁同步发电机的九相电机绕组中的九相绕组和九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的九相绕组构成九相全控桥式电压型SVPWM整流电路。
具体而言，当负载需要高电压制动时，为了能够使孤岛微电网飞轮储能系统在发电时满足不同的功率需要，实现能量的快速释放以及直流母线电压上的稳定，本发明实施例在九相全控桥式电压型SVPWM整流电路上采用多相控制策略，即当输出功率需求分别为小功率、中功率和额定功率时，九相全控桥式电压型SVPWM整流电路分别对应采用三相，六相和九相工作模式。具体地，如图3所示，当九相全控桥式电压型SVPWM整流电路在三相工作模式时，永磁同步发电机的九相电机绕组中的三相绕组例如a2，b2和c2和九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的三相绕组构成三相全控桥式电压型SVPWM整流电路，使得三个开关桥臂共同工作；当九相全控桥式电压型SVPWM整流电路在六相工作模式时，永磁同步发电机的九相电机绕组中的六相绕组例如a1，b1，c1，a2，b2和c2和九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的六相绕组构成六相全控桥式电压型SVPWM整流电路，使得六个开关桥臂共同工作；当九相全控桥式电压型SVPWM整流电路在九相工作模式时，永磁同步发电机的九相电机绕组中的九相绕组a1，b1，c1，a2，b2，c2，a3，b3，c3和九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的九相绕组构成九相全控桥式电压型SVPWM整流电路，使得九个开关桥臂共同工作，如此，飞轮转子高速旋转产生的机械能，通过永磁同步发电机转化成电能，并利用三相全控桥式电压型SVPWM整流电路、六相全控桥式电压型SVPWM整流电路或九相全控桥式电压型SVPWM整流电路分别对应输出小功率、中功率或额定功率至直流母线，即将飞轮转子高速旋转的机械能转化成电能，快速释放能量至直流母线，以使飞轮进行放电，提供负载瞬间电制动所需要的能量，放电时的电流流动方向如图3所示。与现有技术中通过电池储能放电相比，本发明实施例可以快速释放大功率冲击能量，具有动态响应快、无污染等优点。
在本发明的一个实施例中，第二控制策略包括：获取飞轮的实际电压和参考电压、永磁同步发电机的第二实际电流；根据实际电压和参考电压确定永磁同步发电机的第二参考电流；将第二参考电流和第二实际电流进行比较，并经过第三PI控制器、反clark变换与反park变换、SVPWM调制后得到用于控制第一机侧变流器的第二PWM控制信号。需要说明的是，由于本发明实施例的飞轮由永磁同步发电机带动进行旋转，因此，飞轮的实际电压和永磁同步发电机的电压相同。具体的，根据实际电压和参考电压确定永磁同步发电机的第二参考电流，包括：将实际电压和参考电压比较，并经过第四PI控制器得到永磁同步发电机的第二参考电流。
具体而言，如图5所示，飞轮的实际电压例如为U，飞轮的参考电压例如为Uref，永磁同步发电机的第二实际电流例如为iq1，则根据飞轮的实际电压U和参考电压Uref确定永磁同步发电机的第二参考电流iq1 *，并将永磁同步发电机的第二参考电流iq1 *和第一实际电流iq1进行比较，并经过第三PI控制器得到电压信号Ud1、电压信号Ud1经反clark变换与反park变换得到电压信号Uaref1、Ubref1、Ucref1，电压信号Uaref1、Ubref1、Ucref1经SVPWM调制后得到用于控制第一机侧变流器的第二PWM控制信号，并将第二PWM控制信号输出至第一机侧变流器，以对直流母线电压进行控制。其中，id1和iq1由永磁同步发电机的三相电流Ia1、Ib1、Ic1经clark变换与park变换得到。具体的，根据实际电压U和参考电压Uref确定永磁同步发电机的第二参考电流iq1 *，包括：将飞轮的实际电压U和参考电压Uref比较，并经过第四PI控制器得到永磁同步发电机的第二参考电流iq1 *，然后可以根据永磁同步发电机的第二参考电流iq1 *和第二实际电流iq1确定用于控制第一机侧变流器的第二PWM控制信号。
在具体实施例中，在将永磁同步发电机的第二参考电流iq1 *和第二实际电流iq1进行比较，并经过第三PI控制器得到电压信号Ud1时，第三PI控制器的闭环传递函数为：
，
；
其中，为积分算子，/>为第三PI控制器的比例增益，/>为第三PI控制器的积分增益，/>为第三PI控制器的输入量，Ud1(s)为电压信号。
由此，将永磁同步发电机的第二参考电流iq1 *和第二实际电流iq1进行比较后的值输入第三PI控制器，得到电压信号Ud1，即：
；
其中，为积分算子，/>为第三PI控制器的比例增益，/>为第三PI控制器的积分增益，iq1 *为第二参考电流，iq1为第二实际电流，Ud1为电压信号。/>和/>可以根据实际情况设定。
在具体实施例中，在将飞轮的实际电压U和参考电压Uref比较，并经过第四PI控制器得到永磁同步发电机的第二参考电流iq1 *时，第四PI控制器的闭环传递函数为：
，
；
其中，为积分算子，/>为第四PI控制器的比例增益，/>为第四PI控制器的积分增益，/>为第四PI控制器的输入量，iq1 *(s)为第二参考电流信号。
由此，将飞轮的实际电压U和参考电压Uref比较，并经过第四PI控制器得到永磁同步发电机的第二参考电流iq1 *，即：
；
其中，iq1 *为第二参考电流，为积分算子，/>为第四PI控制器的比例增益，/>为第四PI控制器的积分增益，Uref为参考电压，U为实际电压。/>和/>可以根据实际情况设定。
根据本发明实施例的孤岛微电网飞轮储能系统，该系统包括飞轮、永磁同步发电机、第一机侧变流器、直流母线、网侧变流器、变压器、第二机侧变流器，当孤岛微电网飞轮储能系统处于充电模式时，第一机侧变流器执行第一控制策略，以驱动永磁同步发电机带动飞轮旋转，以使飞轮进行充电；当孤岛微电网飞轮储能系统处于放电模式时，第一机侧变流器执行第二控制策略，以使飞轮释放能量至直流母线，与现有技术中的电池储能相比，本发明实施例的孤岛微电网飞轮储能系统可以减少过充电、过放电现象的发生，且可以解决快速释放大功率冲击能量的问题，同时解决电池储能结构体积大、重量大和存在化学电解液回收等问题，且本发明实施例具有对温度不敏感，对环境友好的优点。
本发明的进一步实施例还公开了一种孤岛微电网飞轮储能系统的控制方法，用于如上述任一实施例所述的孤岛微电网飞轮储能系统。图6是根据本发明一个实施例的孤岛微电网飞轮储能系统的控制方法的流程图。如图6所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S1:当孤岛微电网飞轮储能系统处于充电模式时，第一机侧变流器执行第一控制策略，驱动永磁同步发电机带动飞轮旋转，以使飞轮进行充电。
步骤S2:当孤岛微电网飞轮储能系统处于放电模式时，第一机侧变流器执行第二控制策略，以使飞轮释放能量至直流母线。
在本发明的一个实施例中，第一机侧变流器包括九相全控桥式电压型SVPWM整流电路。
在本发明的一个实施例中，永磁同步发电机包括九相电机绕组。
在本发明的一个实施例中，第一机侧变流器执行第一控制策略时，选择永磁同步发电机的九相电机绕组中的任意对称三相绕组和九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的任意对称三相绕组构成三相全控桥式电压型SVPWM整流电路。
在本发明的一个实施例中，第一控制策略包括：获取飞轮的实际转速和参考转速、永磁同步发电机的第一实际电流；根据实际转速和参考转速确定永磁同步发电机的第一参考电流；将第一参考电流和第一实际电流进行比较，并经过第一PI控制器、反clark变换与反park变换、SVPWM调制后得到用于控制第一机侧变流器的第一PWM控制信号。
在本发明的一个实施例中，根据飞轮的实际转速和参考转速确定永磁同步发电机的第一参考电流，包括：将飞轮的实际转速和参考转速比较，并经过第二PI控制器得到永磁同步发电机的第一参考电流。
在本发明的一个实施例中，第一机侧变流器执行第二控制策略时，永磁同步发电机的九相电机绕组中的三相绕组和九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的三相绕组构成三相全控桥式电压型SVPWM整流电路；或者，永磁同步发电机的九相电机绕组中的六相绕组和九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的六相绕组构成六相全控桥式电压型SVPWM整流电路；或者，永磁同步发电机的九相电机绕组中的九相绕组和九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的九相绕组构成九相全控桥式电压型SVPWM整流电路。
在本发明的一个实施例中，第二控制策略包括：获取飞轮的实际电压和参考电压、永磁同步发电机的第二实际电流；根据实际电压和参考电压确定永磁同步发电机的第二参考电流；将第二参考电流和第二实际电流进行比较，并经过第三PI控制器、反clark变换与反park变换、SVPWM调制后得到用于控制第一机侧变流器的第二PWM控制信号。
在本发明的一个实施例中，根据实际电压和参考电压确定永磁同步发电机的第二参考电流，包括：将实际电压和参考电压比较，并经过第四PI控制器得到永磁同步发电机的第二参考电流。
需要说明的是，本发明实施例的孤岛微电网飞轮储能系统的控制方法在进行飞轮的充放电控制时，其具体实现方式与本发明实施例的孤岛微电网飞轮储能系统的具体实现方式类似，具体请参见系统部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
根据本发明实施例的孤岛微电网飞轮储能系统的控制方法，当孤岛微电网飞轮储能系统处于充电模式时，第一机侧变流器执行第一控制策略，以驱动永磁同步发电机带动飞轮旋转，以使飞轮进行充电；当孤岛微电网飞轮储能系统处于放电模式时，第一机侧变流器执行第二控制策略，以使飞轮释放能量至直流母线，与现有技术中的电池储能相比，本发明实施例的孤岛微电网飞轮储能系统可以减少过充电、过放电现象的发生，且可以解决快速释放大功率冲击能量的问题，同时解决电池储能结构体积大、重量大和存在化学电解液回收等问题，且本发明实施例具有对温度不敏感，对环境友好的优点。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种孤岛微电网飞轮储能系统，其特征在于，包括：飞轮、永磁同步发电机、第一机侧变流器、直流母线、网侧变流器、变压器和第二机侧变流器；其中，
所述永磁同步发电机分别与所述飞轮和所述第一机侧变流器连接，当所述孤岛微电网飞轮储能系统处于充电模式时，所述第一机侧变流器执行第一控制策略，以驱动所述永磁同步发电机带动所述飞轮旋转，以使所述飞轮进行充电；以及，当所述孤岛微电网飞轮储能系统处于放电模式时，所述第一机侧变流器执行第二控制策略，以使所述飞轮释放能量至所述直流母线；
所述网侧变流器分别与所述直流母线和所述变压器连接，用于将来自电网的交流电压转化成直流电压，并输出所述直流电压至所述直流母线；
所述第二机侧变流器分别与所述直流母线和负载连接，用于将所述直流电压转化成所述负载所需的电压。
2.根据权利要求1所述的孤岛微电网飞轮储能系统，其特征在于，所述第一机侧变流器包括九相全控桥式电压型SVPWM整流电路。
3.根据权利要求2所述的孤岛微电网飞轮储能系统，其特征在于，所述永磁同步发电机包括九相电机绕组。
4.根据权利要求3所述的孤岛微电网飞轮储能系统，其特征在于，所述第一机侧变流器执行所述第一控制策略时，选择所述九相电机绕组中的任意对称三相绕组和所述九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的任意对称三相绕组构成三相全控桥式电压型SVPWM整流电路。
5.根据权利要求4所述的孤岛微电网飞轮储能系统，其特征在于，所述第一控制策略包括：
获取所述飞轮的实际转速和参考转速、所述永磁同步发电机的第一实际电流；
根据所述实际转速和所述参考转速确定所述永磁同步发电机的第一参考电流；
将所述第一参考电流和所述第一实际电流进行比较，并经过第一PI控制器、反clark变换与反park变换、SVPWM调制后得到用于控制所述第一机侧变流器的第一PWM控制信号。
6.根据权利要求5所述的孤岛微电网飞轮储能系统，其特征在于，根据所述实际转速和所述参考转速确定所述永磁同步发电机的第一参考电流，包括：
将所述实际转速和所述参考转速比较，并经过第二PI控制器得到所述永磁同步发电机的第一参考电流。
7.根据权利要求3所述的孤岛微电网飞轮储能系统，其特征在于，所述第一机侧变流器执行所述第二控制策略时，所述九相电机绕组中的三相绕组和所述九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的三相绕组构成三相全控桥式电压型SVPWM整流电路；或者，
所述九相电机绕组中的六相绕组和所述九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的六相绕组构成六相全控桥式电压型SVPWM整流电路；或者，
所述九相电机绕组中的九相绕组和所述九相全控桥式电压型SVPWM整流电路中的九相绕组构成九相全控桥式电压型SVPWM整流电路。
8.根据权利要求7所述的孤岛微电网飞轮储能系统，其特征在于，所述第二控制策略包括：
获取所述飞轮的实际电压和参考电压、所述永磁同步发电机的第二实际电流；
根据所述实际电压和所述参考电压确定所述永磁同步发电机的第二参考电流；
将所述第二参考电流和第二实际电流进行比较，并经过第三PI控制器、反clark变换与反park变换、SVPWM调制后得到用于控制所述第一机侧变流器的第二PWM控制信号。
9.根据权利要求8所述的孤岛微电网飞轮储能系统，其特征在于，根据所述实际电压和所述参考电压确定所述永磁同步发电机的第二参考电流，包括：
将所述实际电压和所述参考电压比较，并经过第四PI控制器得到所述永磁同步发电机的第二参考电流。
10.一种孤岛微电网飞轮储能系统的控制方法，其特征在于，用于如权利要求1-9任一项所述的孤岛微电网飞轮储能系统，所述方法包括：
当所述孤岛微电网飞轮储能系统处于充电模式时，第一机侧变流器执行第一控制策略，驱动永磁同步发电机带动飞轮旋转，以使所述飞轮进行充电；
当所述孤岛微电网飞轮储能系统处于放电模式时，所述第一机侧变流器执行第二控制策略，以使所述飞轮释放能量至直流母线。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103269134A (zh) * 2013-05-23 2013-08-28 东南大学 一种九相磁通切换型永磁电机
CN103280836A (zh) * 2013-05-23 2013-09-04 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
CN103560542A (zh) * 2013-11-18 2014-02-05 沈阳工业大学 基于飞轮储能的抑制风电机组功率波动的方法及装置
CN103904970A (zh) * 2014-04-14 2014-07-02 东南大学 九相永磁风力发电系统发电机侧pwm变换器控制方法
CN106411214A (zh) * 2016-10-13 2017-02-15 东南大学 一种多相永磁电机主动缺相运行控制方法
CN108768119A (zh) * 2018-06-21 2018-11-06 新疆金风科技股份有限公司 永磁同步发电机和永磁同步风力发电系统
CN109639204A (zh) * 2019-01-23 2019-04-16 清华大学 基于十二相永磁同步电机的飞轮储能控制系统及控制方法
CN113489406A (zh) * 2021-07-16 2021-10-08 青岛大学 一种应用于九相开端绕组电机的svpwm谐波抑制方法
CN115425636A (zh) * 2022-09-19 2022-12-02 山西大学 含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量自适应控制方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103269134A (zh) * 2013-05-23 2013-08-28 东南大学 一种九相磁通切换型永磁电机
CN103280836A (zh) * 2013-05-23 2013-09-04 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
CN103560542A (zh) * 2013-11-18 2014-02-05 沈阳工业大学 基于飞轮储能的抑制风电机组功率波动的方法及装置
CN103904970A (zh) * 2014-04-14 2014-07-02 东南大学 九相永磁风力发电系统发电机侧pwm变换器控制方法
CN106411214A (zh) * 2016-10-13 2017-02-15 东南大学 一种多相永磁电机主动缺相运行控制方法
CN108768119A (zh) * 2018-06-21 2018-11-06 新疆金风科技股份有限公司 永磁同步发电机和永磁同步风力发电系统
CN109639204A (zh) * 2019-01-23 2019-04-16 清华大学 基于十二相永磁同步电机的飞轮储能控制系统及控制方法
CN113489406A (zh) * 2021-07-16 2021-10-08 青岛大学 一种应用于九相开端绕组电机的svpwm谐波抑制方法
CN115425636A (zh) * 2022-09-19 2022-12-02 山西大学 含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量自适应控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李汶灿;吕静亮;姜新建;张信真;: "基于多模式协调的飞轮储能系统故障穿越控制方法", 储能科学与技术, no. 06 *
杨少波;胡文平;孟良;周文;胡雪凯;杜晓东;: "面向冲击性负载的飞轮储能调控策略", 河北电力技术, no. 03 *
段青;盛万兴;孟晓丽;史常凯;王建华;季振东;吕志鹏;: "面向能源互联网的新型能源子网系统研究", 中国电机工程学报, no. 02 *

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