微電網(wǎng)下提高飛輪儲能裝置放電深度的控制方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了微電網(wǎng)下提高飛輪儲能裝置放電深度的控制方法，包括以下步驟：選取接入微電網(wǎng)的飛輪電機的數(shù)學(xué)模型；將飛輪電機轉(zhuǎn)速與飛輪電機輸出電壓簡化為正比關(guān)系，比例系數(shù)設(shè)為k；根據(jù)上述比例系數(shù)及飛輪電機轉(zhuǎn)速得到飛輪電機經(jīng)過整流后的輸出電壓即Cuk電路的輸入電壓U

Control method for improving discharge depth of flywheel energy storage device under micro grid

To improve the control method of flywheel energy storage device and discharge depth of the invention discloses a micro grid, which comprises the following steps: selection of mathematical model of flywheel motor microgrid; the flywheel motor speed and the output voltage is proportional to the flywheel motor is simplified, the proportion coefficient is K; according to the proportion coefficient and the rotating speed of the flywheel motor flywheel motor the output voltage of the rectified input voltage U Cuk circuit

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
微電網(wǎng)下提高飛輪儲能裝置放電深度的控制方法
本專利技術(shù)涉及控制
，特別是涉及微電網(wǎng)下提高飛輪儲能裝置放電深度。
技術(shù)介紹
由于微電網(wǎng)的迅速發(fā)展，實現(xiàn)了大范圍新能源發(fā)電資源的開發(fā)利用，以及偏遠(yuǎn)山區(qū)海島與移動載具的電氣化。微電網(wǎng)作為一個小范圍的電網(wǎng)，其發(fā)電與負(fù)荷均存在大波動與不確定性。對此接入儲能調(diào)節(jié)是一種效果顯著的應(yīng)對措施，其相對于傳統(tǒng)的一次調(diào)頻二次調(diào)頻等措施更加可靠迅速，并且更加經(jīng)濟。飛輪儲能作為一種依靠飛輪旋轉(zhuǎn)動能存儲能量的儲能設(shè)備，具有功率密度高與能量密度高的雙重優(yōu)勢，并且完全放電不會影響其壽命與性能，對環(huán)境無污染，是電網(wǎng)調(diào)節(jié)的最佳選擇并且性價比最高。現(xiàn)有的飛輪系統(tǒng)放電控制策略有：PID控制與自定義的算法控制。已有的對于飛輪放電控制策略都是以穩(wěn)定飛輪儲能系統(tǒng)的輸出電壓和功率為目標(biāo)，所以可以快速建立穩(wěn)壓電壓并且抗擾動。現(xiàn)有的飛輪系統(tǒng)放電控制策略存在的問題是：均未考慮放電深度并且存在放電深度不足的問題，具體表現(xiàn)為在飛輪轉(zhuǎn)速降至一半時輸出電壓無法維持。如果飛輪系統(tǒng)接入電網(wǎng)后輸出電壓低于電網(wǎng)電壓，則會導(dǎo)致飛輪系統(tǒng)無法放電。并且飛輪放電電壓達(dá)不到目標(biāo)電壓會對電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響也需要切除。在實際應(yīng)用的飛輪儲能電站上，美國紐約州電站放電深度也只有75％。放電深度低會導(dǎo)致飛輪經(jīng)濟性下降，性價比降低。如果提高了放電深度則可以在相同儲能容量下提高儲能的調(diào)節(jié)能力，在相同的調(diào)節(jié)需求上節(jié)約儲能設(shè)備的投資與占地空間。綜上所述，基于上述傳統(tǒng)研究與應(yīng)用存在的問題，本申請的目的在于提出并驗證一種新型控制方式提高飛輪儲能在電網(wǎng)中的可放電深度。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供了微電網(wǎng)下提高飛輪儲能裝置放電深度的控制方法，本專利技術(shù)飛輪的轉(zhuǎn)速跟蹤控制可以有效地提高飛輪儲能的放電深度，從而增加了飛輪儲能的容量利用率，以此為基礎(chǔ)的儲能容量配置更為經(jīng)濟，同時可以在微電網(wǎng)中節(jié)約儲能設(shè)備的占地面積與裝置重量。微電網(wǎng)下提高飛輪儲能裝置放電深度的控制方法，包括以下步驟：選取接入微電網(wǎng)的飛輪電機的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)該數(shù)據(jù)模型得到轉(zhuǎn)速是飛輪電機輸出電壓首要影響因素，且在飛輪電機空載情況下成正比；將飛輪電機轉(zhuǎn)速與飛輪電機輸出電壓簡化為正比關(guān)系，比例系數(shù)設(shè)為k；根據(jù)上述比例系數(shù)及飛輪電機轉(zhuǎn)速得到飛輪電機經(jīng)過整流后的輸出電壓即Cuk電路的輸入電壓Uin；Cuk電路的輸入電壓經(jīng)過Cuk電路電壓變換后輸出電壓Uo；根據(jù)產(chǎn)生控制信號的PWM發(fā)生器運行原理、Cuk電路的輸入電壓Uin及經(jīng)過Cuk電路電壓變換后輸出電壓Uo得到PWM發(fā)生器控制信號u的表達(dá)式；當(dāng)需要保持經(jīng)過Cuk電路電壓變換后輸出電壓Uo與電壓參考值Uref相等時，得到PWM發(fā)生器控制信號u與ω的關(guān)系函數(shù)，根據(jù)上述關(guān)系函數(shù)，當(dāng)飛輪電機轉(zhuǎn)速ω加速跌落時，PWM發(fā)生器控制信號u加速跌落，Cuk電路中控制信號占空比α?xí)铀偕仙瑥亩鳳WM發(fā)生器控制信號能夠大幅度長時間地變化，實現(xiàn)持久地維持飛輪電機輸出電壓繼而提高放電深度。進一步的，所述飛輪電機經(jīng)過整流后的輸出電壓即Cuk電路的輸入電壓Uin為：Uin＝kω其中，k為飛輪電機轉(zhuǎn)速與飛輪電機輸出電壓的比例系數(shù)，ω為飛輪電機轉(zhuǎn)速。進一步的，經(jīng)過Cuk電路電壓變換后輸出電壓Uo為：其中，α為Cuk電路中控制信號占空比。進一步的，產(chǎn)生IGBT控制信號的PWM發(fā)生器模塊運行原理：u＝1-α其中，u為PWM發(fā)生器控制信號，α為Cuk電路中控制信號占空比。進一步的，根據(jù)產(chǎn)生控制信號的PWM發(fā)生器運行原理、Cuk電路的輸入電壓Uin及經(jīng)過Cuk電路電壓變換后輸出電壓Uo得到PWM發(fā)生器控制信號u的表達(dá)式，具體為：其中，k為飛輪電機轉(zhuǎn)速與飛輪電機輸出電壓，ω為飛輪電機轉(zhuǎn)速。進一步的，當(dāng)需要保持Uo＝Uref時的PWM發(fā)生器控制信號u與ω的關(guān)系函數(shù)為：進一步的，經(jīng)過Cuk電路電壓變換后輸出電壓Uo與電壓參考值Uref存在偏差時，偏差指輸入PID控制器后得到輸出值，飛輪電機轉(zhuǎn)速指輸入PWM發(fā)生器控制信號u與ω的關(guān)系函數(shù)得到PWM發(fā)生器控制信號u，經(jīng)過PID控制器的輸出值及PWM發(fā)生器控制信號u求和得到實際的PWM發(fā)生器控制信號u’。進一步的，飛輪電機轉(zhuǎn)速與飛輪電機輸出電壓的比例系數(shù)可由飛輪電機的數(shù)學(xué)模型計算出初值后調(diào)試修正。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)中飛輪電機的轉(zhuǎn)速跟蹤控制可以有效地提高飛輪儲能的放電深度，從而增加了飛輪儲能的容量利用率，以此為基礎(chǔ)的儲能容量配置更為經(jīng)濟，同時可以在微電網(wǎng)中節(jié)約儲能設(shè)備的占地面積與裝置重量。飛輪電機的轉(zhuǎn)速跟蹤與PID的聯(lián)合控制可以既保證飛輪儲能的深度放電，又能保證飛輪儲能的快速反應(yīng)與電壓穩(wěn)定。附圖說明構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。圖1為現(xiàn)有的PID控制框圖；圖2為本專利技術(shù)的轉(zhuǎn)速及PID聯(lián)合控制框圖；圖3(a)-圖3(b)轉(zhuǎn)速跟蹤與PID控制下飛輪系統(tǒng)放電曲線圖；圖4飛輪系統(tǒng)在初始9000rad/s下配合PID后飛輪輸出電壓爬坡圖；圖5(a)-圖5(c)并網(wǎng)下飛輪系統(tǒng)在三種控制方式下的放電效果圖；圖6(a)-圖6(c)實際操作下并網(wǎng)飛輪系統(tǒng)在三種控制方式下的放電效果；圖7并網(wǎng)實際操作中三種控制方式下的轉(zhuǎn)速曲線圖。具體實施方式應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬
的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。關(guān)于飛輪電機的數(shù)學(xué)模型：實際應(yīng)用中的飛輪電機大多數(shù)是永磁同步電機，永磁同步電機忽略阻尼繞組之后電磁部分?jǐn)?shù)學(xué)模型如(1)～(5)所示:ψd＝Ldid+Lmdif(3)ψq＝Lqiq(4)Te＝1.5p[λiq+(Ld-Lq)idiq](5)公式(1)～(5)中：Lq，Ld——q和d軸電感；R——定子繞組的電阻；id,iq——q和d軸電流；uq，ud——q和d軸電壓；Ψq，Ψd——q和d軸磁鏈；ω——轉(zhuǎn)子的角速度；λ——在定子相中由轉(zhuǎn)子的永磁體感應(yīng)的磁通的幅度；p——極對數(shù)；Te——電磁轉(zhuǎn)矩；Lmd——d軸繞組與勵磁繞組互感；if——勵磁繞組勵磁電流(永磁電機中可視為常數(shù))；考慮(1)～(2)，飛輪輸出電壓有效值與轉(zhuǎn)速ω成正相關(guān)，在飛輪空載時則是完全成正比。傳統(tǒng)控制放電深度低原因分析：飛輪儲能系統(tǒng)由飛輪與電力電子變壓整流部分組成，飛輪的能量先輸入電力電子變壓整流部分，然后變壓整流部分將其處理后輸出。以往的控制方式主要關(guān)注于放電時電壓或者功率的穩(wěn)定性。以穩(wěn)壓輸出為例，在傳統(tǒng)方法的控制中，根據(jù)飛輪系統(tǒng)輸出電壓Uo與電壓參考值Uref的差值△U，經(jīng)過一定的算法f(△U)計算得出控制信號修正量△u，通過控制信號修正量△u調(diào)整飛輪輸出端的電力電子變壓電路從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。無論采用何種算法f(△U)均有相應(yīng)的調(diào)節(jié)范圍，當(dāng)△U不在相應(yīng)范圍內(nèi)時f(△U)就會產(chǎn)生超調(diào)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
微電網(wǎng)下提高飛輪儲能裝置放電深度的控制方法，其特征是，包括以下步驟：選取接入微電網(wǎng)的飛輪電機的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)該數(shù)據(jù)模型得到轉(zhuǎn)速是飛輪電機輸出電壓首要影響因素，且在飛輪電機空載情況下成正比；將飛輪電機轉(zhuǎn)速與飛輪電機輸出電壓簡化為正比關(guān)系，比例系數(shù)設(shè)為k；根據(jù)上述比例系數(shù)及飛輪電機轉(zhuǎn)速得到飛輪電機經(jīng)過整流后的輸出電壓即Cuk電路的輸入電壓U

【技術(shù)特征摘要】
1.微電網(wǎng)下提高飛輪儲能裝置放電深度的控制方法，其特征是，包括以下步驟：選取接入微電網(wǎng)的飛輪電機的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)該數(shù)據(jù)模型得到轉(zhuǎn)速是飛輪電機輸出電壓首要影響因素，且在飛輪電機空載情況下成正比；將飛輪電機轉(zhuǎn)速與飛輪電機輸出電壓簡化為正比關(guān)系，比例系數(shù)設(shè)為k；根據(jù)上述比例系數(shù)及飛輪電機轉(zhuǎn)速得到飛輪電機經(jīng)過整流后的輸出電壓即Cuk電路的輸入電壓Uin；Cuk電路的輸入電壓經(jīng)過Cuk電路電壓變換后輸出電壓Uo；根據(jù)產(chǎn)生控制信號的PWM發(fā)生器運行原理、Cuk電路的輸入電壓Uin及經(jīng)過Cuk電路電壓變換后輸出電壓Uo得到PWM發(fā)生器控制信號u的表達(dá)式；當(dāng)需要保持經(jīng)過Cuk電路電壓變換后輸出電壓Uo與電壓參考值Uref相等時，得到PWM發(fā)生器控制信號u與ω的關(guān)系函數(shù)，根據(jù)上述關(guān)系函數(shù)，當(dāng)飛輪電機轉(zhuǎn)速ω加速跌落時，PWM發(fā)生器控制信號u加速跌落，Cuk電路中控制信號占空比α?xí)铀偕仙瑥亩鳳WM發(fā)生器控制信號能夠大幅度長時間地變化，實現(xiàn)持久地維持飛輪電機輸出電壓繼而提高放電深度。2.如權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)下提高飛輪儲能裝置放電深度的控制方法其特征是，所述飛輪電機經(jīng)過整流后的輸出電壓即Cuk電路的輸入電壓Uin為：Uin＝kω其中，k為飛輪電機轉(zhuǎn)速與飛輪電機輸出電壓的比例系數(shù)，ω為飛輪電機轉(zhuǎn)速。3.如權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)下提高飛輪儲能裝置放電深度的控制方法，其特征是，經(jīng)過Cuk電路電壓變換后輸出電壓Uo為：

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：梁軍，李和豐，贠志皓，張峰，
申請(專利權(quán))人：山東大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：山東,37