基于双向DC/DC的飞轮储能系统控制策略研究

基于飞轮储能系统和双向DC/DC都是能量双向流动的特点,提出一种基于双向DC/DC的飞轮储能系统控制策略,包括充电时的恒流、恒压、转速闭环复合控制策略和放电时的二自由度PI控制策略,给出飞轮储能系统组成结构及控制框图。仿真和实验结果表明,所提基于双向DC/DC的飞轮储能系统控制策略在充电方面解决了传统控制策略的局限性,控制灵活;在放电方面具有更好的抗负载干扰和目标值跟随能力。     

一种基于非线性扰动观测器的飞轮储能系统优化充电控制策略

飞轮储能系统的工作模式要求在最短的时间内对飞轮进行可靠地充电。该文在分析传统充电控制策略的基础上,结合飞轮储能系统的工作特性,提出了一种基于非线性扰动观测器的优化充电控制策略。外环采用转速控制和能量控制相结合的方式,转速环实现恒转矩控制,能量环实现恒功率控制;引入过渡控制环节实现恒转矩控制和恒功率控制的切换;利用非线性扰动观测器估计电机损耗功率和负载功率并进行前馈补偿;基于控制系统稳态、动态和抗扰动性能的要求,给出一种控制器参数设计方法。与传统控制策略相比,所提充电控制策略恒功率控制灵活,恒转矩控制至恒功率控制切换平滑,且有效抑制了电机损耗功率和负载功率的影响,满足了飞轮储能系统的工作特性要求。最后,仿真和实验结果验证了所提策略的可行性和实用性。     

基于飞轮储能的独立光伏发电系统的研究

光伏发电系统由于受到自然因素的影响,输出功率具有随机性,因此需配置一定容量的储能设备,以确保供电的可靠性和持续性。飞轮储能的充放电速度较快,功率密度高且环保,是一种非常理想的储能元件。研究了配置于独立光伏发电系统的飞轮储能系统,并分别地提出了充电时和放电时的控制策略。最后利用仿真软件Matlab/Simulink搭建了相关模型,在仿真结果中,实现了直流母线电压的稳定控制,验证了控制策略的有效性和灵活性。     

基于能效优化的液流电池储能监控系统研制

为了提高全钒液流电池储能系统能量转化效率,结合钒电池各种电量和非电量数据采集和分析,通过控制策略优化和软硬件设计,研制了全钒液流电池储能监控系统,实现对全钒液流电池电解液流量在0～100 kW功率下的优化控制,通过降低泵耗和电堆极化,减少了系统的能耗,充电时可达到14.22 kWh,放电时可达到7.69kWh.100 kW级的全钒液流电池储能系统充放电试验结果表明,该监控方式可有效提升系统整体效率,充电时可达到7.70％,放电时可达到6.68％所提出的电解液流量控制方式可为液流电池储能系统能效优化提供借鉴.     

基于滑模控制的飞轮储能直接功率母线电压控制策略研究

飞轮储能以其瞬时充放电功率大、功率密度高等特点而在储能微电网、大功率UPS中得到广泛应用。飞轮系统可快速输出能量,调节微电网输出频率和电压。然而,储能飞轮在宽速度范围放电时,很难兼顾输出电压的高动态响应和低速稳定性,严重影响了动态性能和放电深度。为提高飞轮储能在放电模式下的动态响应速度和稳定性,提出了一种基于积分滑模控制的固定开关频率直接功率控制策略。该控制策略兼顾了高动态性和飞轮低速稳定性,在负载突变时电压调整率提高了45%,在低速段也能稳定跟随跟定电压,飞轮的利用率提高了7.5%。最后通过仿真分析验证了该控制策略的可行性。     

飞轮并联运行于放电模式时的控制策略

作为一种新型储能方式,大功率高储能量的飞轮储能系统成本高昂,在机车牵引、电力调峰等领域还难以得到广泛应用.多台飞轮储能装置组成飞轮矩阵,并联连接于同一直流母线的拓扑是解决方案之一.对多台飞轮并联运行于放电模式的控制策略进行了研究,提出一种以飞轮可释放能量为比例分配各台飞轮储能装置输出功率的控制策略.同时,飞轮储能装置输出功率极限定义的引入保证了飞轮储能装置并联运行时的安全性.三台飞轮并联运行放电的仿真结果证明了提出的控制策略的可行性.     

用于风电场功率控制的飞轮储能系统仿真研究

风电输出功率的波动性和间歇性严重影响电能质量。飞轮储能系统因单位储能成本和使用寿命方面的优势,成为当下解决该问题的一种潜在方案。以无刷直流电机作为飞轮的驱动电机,在分析其电动/发电运行的基本原理及数学模型的基础上,建立了飞轮储能系统的仿真模型。结合无刷直流电机双闭环调速系统和风电场功率控制要求设计了飞轮储能系统充电运行的控制方案。探讨了飞轮储能系统的能量反馈机理,利用回馈制动方式和前馈解耦控制策略分别对直流母线电压和电网侧逆变器进行控制,实现放电状态下对风电场输出功率的跟踪。最后通过实例仿真验证了模型的正确性和控制方案的有效性,为飞轮储能系统的设计和在风电场功率控制中的应用提供了参考和指导。     

大容量飞轮储能永磁电机控制策略研究

本文研究了飞轮储能系统在两种常用场景下的拓扑结构和控制策略,在电网调频、新能源电站并网的场景下,永磁电机输出交流电压经整流后输出直流电压,再通过逆变器连接电网将电能馈给电网。在轨道交通、大功率不间断电源等场景下,永磁电机输出交流电压经整流后输出直流电压连接直流负载。本文重点研究了飞轮储能系统在连接电网和连接直流负载两种应用场景下的充电和放电控制策略,为了实现飞轮储能大功率长时间放电,本文对一台1MW飞轮储能用永磁同步电机进行了研究,以满足永磁电机恒功率1MW放电3min的技术需求。最后搭建了两种应用场景下的暂态仿真模型,分别仿真了连接电网应用场景下充电和放电过程,连接直流负载应用场景下放电过程。验证了大容量飞轮储能用永磁同步发电电动机控制策略研究成果的正确性。     

基于改进型滑模观测器的飞轮储能系统控制方法

该文分析了飞轮电机高速运转时滑模观测器估算角度存在偏差的原因,提出一种补偿截止频率等于电机电气频率的自适应低通滤波器固定滞后角的角度偏差消除方法,并改进了滑模观测器。通过稳定性分析得到了改进型滑模观测器的稳定条件。为了实现飞轮电机全速度范围的无速度传感器控制,采用基于模拟角的电流闭环控制实现飞轮电机的起动和低速运行,在转速达到某个设定值时切换到滑模变结构控制。给出了基于改进型滑模观测器的飞轮储能系统充放电控制方法。在充电和待机时采用了速度外环、电流内环的双闭环控制策略,在放电时采用了电压外环、电流内环的双闭环控制策略。进行了飞轮储能系统的起动、充电、待机、放电实验,实验结果验证了基于该改进型滑模观测器的飞轮储能系统控制方法的正确性和有效性。     

基于飞轮储能系统的动态电压恢复器

提出了一种基于飞轮储能系统(FESS)的动态电压恢复器(DVR)的装置。其拓扑结构与传统DVR拓扑结构相比,省去了为给飞轮储能单元补充能量而专门配制的整流设备,简化了结构。根据基于FESS的DVR装置的结构特点以及飞轮储能系统的充电原理,提出了一种自充电控制策略,在充电过程中,控制器根据负载和飞轮储能系统的运行情况确定负载侧参考电压。建立了基于FESS的DVR变换的数学模型,设计了同步旋转坐标系下的双矢量控制器。实验结果验证了该装置结构和自充电控制策略的有效性。     

基于背靠背双PWM变流器的飞轮储能系统并网控制方法研究

采用带LCL滤波器的背靠背双PWM变流器作为飞轮电机与电网进行能量交换的接口,提出一种飞轮储能系统并网控制方法。该方法由电网侧变流器控制和电机侧变流器控制两部分组成,并经过充电、预并网和并网运行三个阶段。在充电和预并网阶段,电网侧变流器采用不控整流方式,电机侧变流器先后采用速度外环和电压外环控制方式;在并网运行阶段,电网侧变流器控制采用基于电网侧电流外环、变流器侧电流内环的直接功率控制策略,控制并网有功功率的大小及流向;电机侧变流器控制采用直流母线电压外环、电流内环的双闭环控制策略,维持直流母线电压恒定。采用零极点对消降阶法及对称优化函数等效法分别设计电机侧内外环控制器参数。进行了飞轮储能系统的充电、预并网和并网运行实验。实验结果验证了所提飞轮储能系统并网控制方法的可行性。     

基于风力发电的飞轮储能系统运行控制策略综述

大规模的风电并网会对电力系统造成电压、频率和功率波动等影响,配备飞轮储能系统能很好地改善并网风电场的电能质量,二者结合的关键是飞轮储能系统的控制方式.简要介绍了风力发电一飞轮系统的结构、飞轮储能系统的工作原理,重点讨论了飞轮储能系统工作于充、放电模式和平稳输出功率方面所涉及的控制策略及其优缺点,并展望了基于风力发电的飞...     

一种计及总损耗功率估计与转速前馈补偿的飞轮储能系统放电控制策略

针对飞轮储能系统放电过程中飞轮转速迅速下降、直流侧功率突然变化等因素影响母线电压动态性能和稳定性的问题,该文在传统飞轮PI放电控制策略基础上,提出一种计及总损耗功率估计与转速前馈补偿的飞轮储能系统放电控制策略。采用电容储能比例反馈控制,利用非线性扰动观测器对电机与变流器损耗功率、负载功率等总损耗功率进行统一观测,并引入转速补偿环节对系统进行直接前馈补偿控制;根据闭环控制系统的主导极点图和伯德图,分析系统的稳定性与抗扰动性能,并给出一种控制器参数的选择方法。该控制策略调节参数少、无需负载侧的电流传感器、控制结构简单。仿真和实验结果表明,所提放电控制策略和参数选择方法能够有效抑制飞轮转速迅速下降和直流侧负载突变对母线电压的影响,系统鲁棒性得到提高。     

基于飞轮储能系统的直流UPS控制方法研究

飞轮储能系统将能量以机械能的形式储存在高速旋转的飞轮转子中。与传统化学电池相比,飞轮储能系统优势明显,已获得了广泛的应用。为了解决电网电压对称跌落所带来的直流负载端电压暂降问题,给出了基于飞轮储能系统的直流UPS系统电路拓扑及控制方法。在电网电压正常时,飞轮电机采用速度外环、电流内环的双闭环控制策略加速充电或恒速待机;在电网电压发生对称跌落时,飞轮电机采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略减速放电。提出了电流内环控制器的零极点对消降阶设计方案,采用对称优化函数等效法设计了速度外环及电压外环控制器参数,并对设计的控制器进行了稳定性分析。通过Matlab/Simulink仿真对该控制方法进行了验证。结果表明,该控制方法及所设计的控制器参数能准确控制飞轮电机运行模式,稳定直流负载端电压,保护直流负载不受电网电压跌落的影响。     

解决配电网电压暂降问题的飞轮储能单元建模与仿真

飞轮储能装置具有短时间、高功率放电的特性,可用于解决电能质量问题。文章用含飞轮储能单元的动态电压恢复器解决配电网电压暂降问题,其中飞轮储能单元使用钢转子和内装式永磁同步电机,既降低了飞轮的制造成本,又减小了飞轮驱动单元的损耗。根据飞轮储能系统的特点,给出了包括配电网电压跌落检测、飞轮储能装置的充放电控制策略和快速补偿电压跌落的整体控制策略。重点讨论了基于矢量控制的飞轮储能装置充放电控制策略,通过控制直流母线电压,使能量在配电网、飞轮储能单元及负载间合理流动。在Matlab/Simulink环境下建立了动态电压恢复器模型,仿真结果表明该模型能准确控制飞轮储能装置充放电,补偿配电网电压跌落,保护敏感负载不受影响。     

飞轮储能系统驱动控制策略

飞轮储能系统是一种利用飞轮将电能与机械能互相转换的储能系统。其建设周期短、使用寿命长、环保无污染,目前在新能源、电动汽车、UPS供电系统等领域有应用实例。在介绍飞轮储能系统组成及工作原理的基础上,归纳总结了飞轮储能系统电机充、放电控制策略分类、控制特点和适用场合。为飞轮储能系统的研究与工程应用提供参考。     

飞轮储能的仿真系统研究

飞轮储能在很多能源相关领域有着广阔的应用前景。基于飞轮储能技术的基本原理及飞轮储能系统的主体结构,以Simulink为平台搭建了飞轮储能的仿真系统,包含充电模型和放电模型两部分,各自由电机本体、转速计算、磁极位置检测及位置控制等模块组成,其中转速计算模块是区分两个模型的所在。基于所搭建的仿真平台,对充放电过程进行了仿真,并对占空比、转动惯量与摩擦系数对储能系统的影响进行了仿真分析。     

飞轮储能系统双向逆变器研究

通过对传统三相桥结构的双向逆变器在飞轮工作于充电、放电过程中绕组内的电流情况分析,提出了更适用于高速下、方波电机结构储能飞轮的新型双向逆变器拓扑.该双向逆变器采用独立的Buck、Boost电路来实现储能飞轮的充、放电控制.实验结果证实了采用独立的升、降压电路来分别实现充电及放电操作,极大的改善了绕组电流的波形,使高转速下飞轮能量的精确控制成为可能.     

基于磁悬浮飞轮储能的脉冲功率电源系统设计

设计构建了一套基于磁悬浮飞轮储能的脉冲功率电源系统,该系统主要包括储能部分、充电部分、放电部分及监控系统。储能部分采用磁悬浮飞轮储能装置,充电部分采用充电电源和充电机,放电部分采用逆变器和变压器,监控系统实现对整个系统的数据采集、存储、监视和控制。系统的运行状态包括静止状态、启动状态、充电状态、放电状态、待机状态和停机状态。通过监控系统对整个系统的运行状态进行协同控制,保持系统正常运行。搭建模拟测试系统进行了实验测试,结果表明,测试系统能够在3 ms内快速响应,输出秒级的脉冲平顶波。该系统采用模块化设计,容量配置灵活,响应速度快,使用寿命长,建设周期短,运维简单,可满足多种应用场景下的脉冲功率电源需求。     

基于MRAS的飞轮储能系统控制与应用

飞轮储能系统具有能量转化速度快、效率高以及使用寿命长等优势,可平抑风力发电系统输出功率波动。为了减小飞轮储能系统模式切换时对电网的冲击,提出了一种基于无速度传感器(MRAS)的飞轮储能系统控制方法,该控制方法采用滑模变结构解决了传统的MRAS存在的积分饱和初值偏移误差问题,飞轮驱动电机采用双环控制策略。仿真结果表明,飞轮储能系统充放电波形稳定,风电场输出功率平滑效果较理想。该研究可为飞轮储能系统控制方法的优化和风电场功率平滑策略的选择提供参考。