微电网下提高飞轮储能装置放电深度的控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了微电网下提高飞轮储能装置放电深度的控制方法，包括以下步骤：选取接入微电网的飞轮电机的数学模型；将飞轮电机转速与飞轮电机输出电压简化为正比关系，比例系数设为k；根据上述比例系数及飞轮电机转速得到飞轮电机经过整流后的输出电压即Cuk电路的输入电压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

【技术实现步骤摘要】
微电网下提高飞轮储能装置放电深度的控制方法
本专利技术涉及控制
，特别是涉及微电网下提高飞轮储能装置放电深度。
技术介绍
由于微电网的迅速发展，实现了大范围新能源发电资源的开发利用，以及偏远山区海岛与移动载具的电气化。微电网作为一个小范围的电网，其发电与负荷均存在大波动与不确定性。对此接入储能调节是一种效果显著的应对措施，其相对于传统的一次调频二次调频等措施更加可靠迅速，并且更加经济。飞轮储能作为一种依靠飞轮旋转动能存储能量的储能设备，具有功率密度高与能量密度高的双重优势，并且完全放电不会影响其寿命与性能，对环境无污染，是电网调节的最佳选择并且性价比最高。现有的飞轮系统放电控制策略有：PID控制与自定义的算法控制。已有的对于飞轮放电控制策略都是以稳定飞轮储能系统的输出电压和功率为目标，所以可以快速建立稳压电压并且抗扰动。现有的飞轮系统放电控制策略存在的问题是：均未考虑放电深度并且存在放电深度不足的问题，具体表现为在飞轮转速降至一半时输出电压无法维持。如果飞轮系统接入电网后输出电压低于电网电压，则会导致飞轮系统无法放电。并且飞轮放电电压达不到目标电压会对电网产生不利影响也需要切除。在实际应用的飞轮储能电站上，美国纽约州电站放电深度也只有75％。放电深度低会导致飞轮经济性下降，性价比降低。如果提高了放电深度则可以在相同储能容量下提高储能的调节能力，在相同的调节需求上节约储能设备的投资与占地空间。综上所述，基于上述传统研究与应用存在的问题，本申请的目的在于提出并验证一种新型控制方式提高飞轮储能在电网中的可放电深度。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了微电网下提高飞轮储能装置放电深度的控制方法，本专利技术飞轮的转速跟踪控制可以有效地提高飞轮储能的放电深度，从而增加了飞轮储能的容量利用率，以此为基础的储能容量配置更为经济，同时可以在微电网中节约储能设备的占地面积与装置重量。微电网下提高飞轮储能装置放电深度的控制方法，包括以下步骤：选取接入微电网的飞轮电机的数学模型，根据该数据模型得到转速是飞轮电机输出电压首要影响因素，且在飞轮电机空载情况下成正比；将飞轮电机转速与飞轮电机输出电压简化为正比关系，比例系数设为k；根据上述比例系数及飞轮电机转速得到飞轮电机经过整流后的输出电压即Cuk电路的输入电压Uin；Cuk电路的输入电压经过Cuk电路电压变换后输出电压Uo；根据产生控制信号的PWM发生器运行原理、Cuk电路的输入电压Uin及经过Cuk电路电压变换后输出电压Uo得到PWM发生器控制信号u的表达式；当需要保持经过Cuk电路电压变换后输出电压Uo与电压参考值Uref相等时，得到PWM发生器控制信号u与ω的关系函数，根据上述关系函数，当飞轮电机转速ω加速跌落时，PWM发生器控制信号u加速跌落，Cuk电路中控制信号占空比α会加速上升，从而PWM发生器控制信号能够大幅度长时间地变化，实现持久地维持飞轮电机输出电压继而提高放电深度。进一步的，所述飞轮电机经过整流后的输出电压即Cuk电路的输入电压Uin为：Uin＝kω其中，k为飞轮电机转速与飞轮电机输出电压的比例系数，ω为飞轮电机转速。进一步的，经过Cuk电路电压变换后输出电压Uo为：其中，α为Cuk电路中控制信号占空比。进一步的，产生IGBT控制信号的PWM发生器模块运行原理：u＝1-α其中，u为PWM发生器控制信号，α为Cuk电路中控制信号占空比。进一步的，根据产生控制信号的PWM发生器运行原理、Cuk电路的输入电压Uin及经过Cuk电路电压变换后输出电压Uo得到PWM发生器控制信号u的表达式，具体为：其中，k为飞轮电机转速与飞轮电机输出电压，ω为飞轮电机转速。进一步的，当需要保持Uo＝Uref时的PWM发生器控制信号u与ω的关系函数为：进一步的，经过Cuk电路电压变换后输出电压Uo与电压参考值Uref存在偏差时，偏差指输入PID控制器后得到输出值，飞轮电机转速指输入PWM发生器控制信号u与ω的关系函数得到PWM发生器控制信号u，经过PID控制器的输出值及PWM发生器控制信号u求和得到实际的PWM发生器控制信号u’。进一步的，飞轮电机转速与飞轮电机输出电压的比例系数可由飞轮电机的数学模型计算出初值后调试修正。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术中飞轮电机的转速跟踪控制可以有效地提高飞轮储能的放电深度，从而增加了飞轮储能的容量利用率，以此为基础的储能容量配置更为经济，同时可以在微电网中节约储能设备的占地面积与装置重量。飞轮电机的转速跟踪与PID的联合控制可以既保证飞轮储能的深度放电，又能保证飞轮储能的快速反应与电压稳定。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为现有的PID控制框图；图2为本专利技术的转速及PID联合控制框图；图3(a)-图3(b)转速跟踪与PID控制下飞轮系统放电曲线图；图4飞轮系统在初始9000rad/s下配合PID后飞轮输出电压爬坡图；图5(a)-图5(c)并网下飞轮系统在三种控制方式下的放电效果图；图6(a)-图6(c)实际操作下并网飞轮系统在三种控制方式下的放电效果；图7并网实际操作中三种控制方式下的转速曲线图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。关于飞轮电机的数学模型：实际应用中的飞轮电机大多数是永磁同步电机，永磁同步电机忽略阻尼绕组之后电磁部分数学模型如(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轴电感；R——定子绕组的电阻；id,iq——q和d轴电流；uq，ud——q和d轴电压；Ψq，Ψd——q和d轴磁链；ω——转子的角速度；λ——在定子相中由转子的永磁体感应的磁通的幅度；p——极对数；Te——电磁转矩；Lmd——d轴绕组与励磁绕组互感；if——励磁绕组励磁电流(永磁电机中可视为常数)；考虑(1)～(2)，飞轮输出电压有效值与转速ω成正相关，在飞轮空载时则是完全成正比。传统控制放电深度低原因分析：飞轮储能系统由飞轮与电力电子变压整流部分组成，飞轮的能量先输入电力电子变压整流部分，然后变压整流部分将其处理后输出。以往的控制方式主要关注于放电时电压或者功率的稳定性。以稳压输出为例，在传统方法的控制中，根据飞轮系统输出电压Uo与电压参考值Uref的差值△U，经过一定的算法f(△U)计算得出控制信号修正量△u，通过控制信号修正量△u调整飞轮输出端的电力电子变压电路从而达到稳压的目的。无论采用何种算法f(△U)均有相应的调节范围，当△U不在相应范围内时f(△U)就会产生超调本文档来自技高网...

【技术保护点】
微电网下提高飞轮储能装置放电深度的控制方法，其特征是，包括以下步骤：选取接入微电网的飞轮电机的数学模型，根据该数据模型得到转速是飞轮电机输出电压首要影响因素，且在飞轮电机空载情况下成正比；将飞轮电机转速与飞轮电机输出电压简化为正比关系，比例系数设为k；根据上述比例系数及飞轮电机转速得到飞轮电机经过整流后的输出电压即Cuk电路的输入电压U

【技术特征摘要】
1.微电网下提高飞轮储能装置放电深度的控制方法，其特征是，包括以下步骤：选取接入微电网的飞轮电机的数学模型，根据该数据模型得到转速是飞轮电机输出电压首要影响因素，且在飞轮电机空载情况下成正比；将飞轮电机转速与飞轮电机输出电压简化为正比关系，比例系数设为k；根据上述比例系数及飞轮电机转速得到飞轮电机经过整流后的输出电压即Cuk电路的输入电压Uin；Cuk电路的输入电压经过Cuk电路电压变换后输出电压Uo；根据产生控制信号的PWM发生器运行原理、Cuk电路的输入电压Uin及经过Cuk电路电压变换后输出电压Uo得到PWM发生器控制信号u的表达式；当需要保持经过Cuk电路电压变换后输出电压Uo与电压参考值Uref相等时，得到PWM发生器控制信号u与ω的关系函数，根据上述关系函数，当飞轮电机转速ω加速跌落时，PWM发生器控制信号u加速跌落，Cuk电路中控制信号占空比α会加速上升，从而PWM发生器控制信号能够大幅度长时间地变化，实现持久地维持飞轮电机输出电压继而提高放电深度。2.如权利要求1所述的微电网下提高飞轮储能装置放电深度的控制方法其特征是，所述飞轮电机经过整流后的输出电压即Cuk电路的输入电压Uin为：Uin＝kω其中，k为飞轮电机转速与飞轮电机输出电压的比例系数，ω为飞轮电机转速。3.如权利要求1所述的微电网下提高飞轮储能装置放电深度的控制方法，其特征是，经过Cuk电路电压变换后输出电压Uo为：

【专利技术属性】
技术研发人员：梁军，李和丰，贠志皓，张峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37