[發(fā)明專利]一種基于雙三相永磁同步電機的飛輪儲能充放電控制策略

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310228043.4
• 申請日: 2023-03-10
• 公開（公告）號: CN116054652A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁琛;馬喜平;李亞昕;董曉陽;楊軍亭;徐瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/18;H02P25/22;H02P25/022;H02P25/026;H02J15/00;H02K7/02;H02J1/16;H02J3/30;H02K7/18;H02P103/20
• 代理公司: 北京興智翔達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11768
• 代理人: 李澤中

本發(fā)明涉及飛輪儲能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙三相永磁同步電機的飛輪儲能充放電控制策略。本發(fā)明將雙三相永磁同步電機引入飛輪儲能系統(tǒng)，所述飛輪儲能系統(tǒng)包括雙三相永磁同步電機、飛輪轉(zhuǎn)子、雙向變流器和支撐軸承系統(tǒng)。作為整個系統(tǒng)的核心部分，雙三相永磁同步電機在飛輪儲能系統(tǒng)充電時切換至電動機模式，電動機轉(zhuǎn)速迅速上升，并且同軸帶動飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，將電能轉(zhuǎn)化為動能存儲在飛輪轉(zhuǎn)子中；其在飛輪儲能系統(tǒng)放電時切換至發(fā)電機模式，電機和飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，將飛輪轉(zhuǎn)子中存儲的動能轉(zhuǎn)化為電能輸出給負(fù)載。本發(fā)明將雙三相永磁同步電機作為驅(qū)動電機引入到飛輪儲能中，同時給出相應(yīng)的充放電控制策略來解決多相電機控制的難點問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛輪儲能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙三相永磁同步電機的飛輪儲能充放電控制策略。

背景技術(shù)

目前，在碳達峰、碳中和目標(biāo)確定后，清潔能源成為發(fā)展之路的首當(dāng)其沖。隨著風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等清潔能源發(fā)電量占比越來越大，其中的一些技術(shù)問題等也逐漸暴露了出來。由于其發(fā)電的特殊形式，很大程度上受限制于自然環(huán)境，從而導(dǎo)致其發(fā)電形式具有隨機性和波動性，因此對電網(wǎng)頻率易造成較大的沖擊。我國目前主要依靠火電機組對電網(wǎng)進行調(diào)頻工作，但火電機組的延遲性、超調(diào)、欠調(diào)等問題較為嚴(yán)重，為了使清潔能源發(fā)電能夠?qū)崿F(xiàn)高效的并網(wǎng)，良好的儲能技術(shù)至關(guān)重要。

其中，飛輪儲能(FES)配合清潔能源發(fā)電組成“新能源+儲能”，其在電網(wǎng)調(diào)頻、動能回收再利用、不間斷電源以及混合動力車等方面有著較好發(fā)展前景，在新型儲能方式上占據(jù)重要地位。飛輪儲能系統(tǒng)作為一種物理儲能裝置，它的存儲容量大、響應(yīng)速度快、能量密度高、瞬時功率大等優(yōu)點使得其在用作電網(wǎng)調(diào)頻上能夠取得較好的效果。目前在國內(nèi)飛輪儲能大多數(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品還僅僅是商業(yè)示范，未來有巨大的提升空間。

目前國內(nèi)外有很多關(guān)于飛輪儲能各個方面的研究，其中，利用飛輪儲能瞬時功率大、充放電速度快的優(yōu)點來彌補以風(fēng)電為首的清潔能源發(fā)電間歇性和隨機性的缺點，將飛輪儲能用于抑制風(fēng)功率波動，輔助進行風(fēng)電一次、二次調(diào)頻，將能量型和功率型的兩種儲能方式進行混合儲能，能夠更好的發(fā)揮各自的優(yōu)勢。例如將飛輪儲能參與水電機組進行調(diào)頻，又或是和抽水蓄能組合成混合儲能，都可以最大化的利用各種儲能方式的優(yōu)點。

但無論以什么方式來最大化的利用飛輪儲能的特性，飛輪儲能本身的關(guān)鍵技術(shù)都是最為重要的。對于高速飛輪的充放電控制，主要的問題體現(xiàn)在高速電機的電感通常會比較小帶來的電流諧波會增大，以及飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的迅速變化會導(dǎo)致反電動勢幅值和頻率的快速變化。同時在高轉(zhuǎn)速領(lǐng)域，目前常用的電機如永磁同步電機、開關(guān)磁阻電機等，其電壓等級都較高，并且為了提高電機的輸出轉(zhuǎn)矩，會主動的增大母線電流和電壓，易產(chǎn)生安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于雙三相永磁同步電機的飛輪儲能充放電控制策略，將雙三相永磁同步電機作為驅(qū)動電機引入到飛輪儲能中，同時給出相應(yīng)的充放電控制策略來解決多相電機控制的難點問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了如下的技術(shù)方案：

第一方面，在本發(fā)明提供的一個實施例中，提供了一種基于雙三相永磁同步電機的飛輪儲能充放電控制策略，包含引入雙三相永磁同步電機的飛輪儲能系統(tǒng)，所述飛輪儲能系統(tǒng)由雙三相永磁同步電機、飛輪轉(zhuǎn)子、雙向變流器和支撐軸承系統(tǒng)組成；

基于系統(tǒng)自然坐標(biāo)系下的電壓方程、磁鏈方程、運動平衡方程以及dq軸坐標(biāo)系下的電壓方程確定基于雙三相永磁同步電機的飛輪儲能的電磁數(shù)學(xué)模型；

采用磁場定向矢量控制和q軸電流變化控制調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)值，對飛輪轉(zhuǎn)子的充放電控制；并基于模型參考自適應(yīng)控制算法對飛輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和位置角度實時估算。

作為本發(fā)明的進一步方案，在飛輪儲能系統(tǒng)充電時，雙三相永磁同步電機切換至電動機模式，電動機轉(zhuǎn)速上升，并同軸帶動飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，將電能轉(zhuǎn)化為動能存儲在飛輪轉(zhuǎn)子中；