基于雙回路協(xié)調(diào)控制的飛輪儲能系統(tǒng)自抗擾技術(shù)研究
鄭博文，高春輝，楊朋威，陳肖璐，劉春暉，任正，陳更，許才，王純
(國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)
摘 要：飛輪儲能對環(huán)境的要求和影響非常低，充放電深度和健康狀態(tài)預(yù)測相對簡單，且方便實現(xiàn)模塊化應(yīng)用。基于背靠背雙 PWM 變頻器和永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型，在 MATLAB/Simulink 中搭建了飛輪儲能系統(tǒng)單機并網(wǎng)仿真模型，通過分析復(fù)雜工況下的仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)抗擾動能力差、直流母線電壓波動較大的問題，經(jīng)理論分析，提出了一種背靠背變頻器的優(yōu)化雙回路前饋協(xié)調(diào)控制策略，該方法在傳統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器電流內(nèi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)中附加了電容電流控制環(huán)，同時引用負(fù)載電流估算值和電網(wǎng)電壓作為前饋項，通過仿真分析，驗證了該控制策略的有效性，能夠?qū)崿F(xiàn)兩側(cè)變換器的一體化協(xié)調(diào)控制，整體提高了飛輪儲能系統(tǒng)的自抗擾能力和動態(tài)性能。
關(guān)鍵詞： 背靠背變頻器；飛輪儲能系統(tǒng)；矢量控制；前饋控制；負(fù)載擾動；脈寬調(diào)制技術(shù)
中圖分類號：TM919 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3175(2022)05-0008-07
Research on Auto Disturbance Rejection Technology of Flywheel Energy Storage
System Based on Dual-Loop Coordinated Control Strategy
ZHENG Bo-wen, GAO Chun-hui, YANG Peng-wei, CHEN Xiao-lu, LIU Chun-hui, REN Zheng, CHEN Geng, XU Cai, WANG Chun
（State Grid East Inner Mongolia Electric Power Research Institute, Hohhot 010010, China）
Abstract: The flywheel energy storage has little need for the circumstance, and it has a low impact on the environment. In addition, the charging depth of the flywheel energy storage is simple, and the prediction of the health condition is basic.This paper constructed a single-machine grid-connected simulation model of the flywheel energy storage system in MATLAB/Simulink based on the mathematical model of a back-to-back dual PWM inverter and permanent magnet synchronous motor. By analyzing the simulation results under complex working conditions, this research found that the system has a low ability of anti-disturbance and severe problems with DC bus voltage fluctuations.This paper proposed an optimized dual-loop feedforward coordinated control strategy for back-to-back inverters by theoretical analysis. This method added a capacitor current control loop to the structure of the inner current control of the traditional grid-side converter. Moreover,it used the estimated value of the load current and the grid voltage as feedforward terms. It verifies the effectiveness of the control strategy through simulation analysis. In addition, this research proves it could realize the integrated control of the converters on both sides. All in all,it improves the self-disturbance immunity and dynamic performance of the whole flywheel energy storage system.
Key words: back-to-back inverter; flywheel energy storage system; vector control; feedforward control; load disturbance; pulse-width modulation
參考文獻(xiàn)
[1] 盛戈皞，錢勇，羅林根，宋輝，劉亞東，江秀臣. 面向新型電力系統(tǒng)的電力設(shè)備運行維護(hù)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用展望[J] . 高電壓技術(shù)，2021，47(9) ：3072-3084.
[2] 舒印彪，陳國平，賀靜波，張放. 構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)框架研究[J] . 中國工程科學(xué)，2021，23(6) ：61-69.
[3] 吳智泉，賈純超，陳磊，張迪. 新型電力系統(tǒng)中儲能創(chuàng)新方向研究[J]. 太陽能學(xué)報，2021，42(10) ：444-451.
[4] 姚良忠，鄧占鋒，李建林，張彩萍. 規(guī)模化儲能技術(shù)進(jìn)展及其在高比例可再生能源和電力電子設(shè)備電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J] . 全球能源互聯(lián)網(wǎng)，2021，4(5) ：425-426.
[5] 羅智夫. 儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J] . 電氣傳動自動化，2021，43(4) ：14-16.
[6] 王明菊，王輝. 飛輪儲能的原理及應(yīng)用前景分析[J].能源與節(jié)能，2021(4) ：27-28.
[7] 朱熀秋，湯延祺. 飛輪儲能關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展趨勢[J]. 機械設(shè)計與制造，2017(1) ：265-268.
[8] 楊忠生. 飛輪儲能控制系統(tǒng)的研究[D] . 哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2014.
[9] 張秋爽. 飛輪儲能系統(tǒng)控制策略研究[D] . 北京：北京交通大學(xué)，2012.
[10] 張崇巍，張興.PWM 整流器及其控制[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.
[11] 袁雷，胡冰新，魏克銀，陳姝. 現(xiàn)代永磁同步電機控制原理及 MATLAB 仿真[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2016.
[12] 朱鵬程. 三相兩電平背靠背式功率雙向流動電能變換器及其控制策略研究[D] . 南京：南京航空航天大學(xué)，2016.
[13] 皮一晨. 單相背靠背變流器直流電壓控制策略研究[D]. 武漢：武漢大學(xué)，2017.
