基于飛輪儲能的柔性功率調節(jié)器關鍵技術研究.pdf

1、基于飛輪儲能系統(tǒng)的柔性功率調節(jié)器（Flexible Power Conditioner，F(xiàn)PC）由雙饋感應電機和作為交流勵磁電源的雙PWM變換器組成。FPC能夠獨立的進行有功和無功功率調節(jié)，擁有儲能、發(fā)電、調相等多種功能，具有提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的能力。與其他儲能方式相比，基于飛輪儲能的FPC很適合應用于低頻率、大容量、長時間的功率補償應用領域。
　　 本文主要從FPC的原理、FPC中雙饋感應電機建模、雙饋感應電機勵磁控制以及FP

2、C在提高提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的應用等方面進行闡述，主要包括以下部分：
　　 本文首先介紹了課題的背景，討論了各種儲能技術的發(fā)展及其在電力應用，對FPC的結構和工作原理進行了介紹，并對其中關鍵技術的研究現(xiàn)狀進行了討論。
　　 建立了FPC中雙饋電機的數(shù)學模型，得到穩(wěn)態(tài)運行條件下等值電路和能量流動關系，詳細分析了FPC的各種工作狀態(tài)。研究了FPC中雙饋電機的勵磁控制技術。對其電網(wǎng)側變換器和轉子側變換器的數(shù)學模型和控制策略進

3、行了討論。在EMTDC/PSCAD仿真平臺上建立了相應的仿真模型，對FPC運行特性進行了仿真研究，驗證了控制策略的正確性和實用性。
　　 詳細分析了FPC在電網(wǎng)電壓對稱跌落情況下的故障穿越控制技術。在電網(wǎng)側變換器控制中加入負載電流前饋，以減小在電網(wǎng)電壓擾動過程中直流電壓波動。對于轉子側變換器的控制，先從轉子開路模型進行了暫態(tài)磁鏈和轉子電壓的分析，然后建立了考慮轉子電流時的雙饋電機暫態(tài)模型，并得出電機轉子側過電流的原因是由于定子側

4、的暫態(tài)磁鏈變化所引起。接著利用暫態(tài)分析的結論，采用了一種新的勵磁控制策略，通過在轉子側變換器勵磁控制中加入虛擬阻抗，來抑制轉子過電流沖擊從而保護轉子側變換器的安全，擴大雙饋電機在電網(wǎng)電壓跌落時的運行范圍。最后通過仿真驗證了方案的有效性。
　　 探討了FPC阻尼電力系統(tǒng)功率振蕩的機理，提出通過FPC的阻尼控制增大發(fā)電機電磁轉矩對功率振蕩的阻尼效果。設計了FPC抑制發(fā)電機功率振蕩的阻尼控制器，并在EMTDC/PSCAD仿真平臺上建立

5、了FPC接入單機無窮大系統(tǒng)以阻尼發(fā)電機功率振蕩的仿真研究?？疾炝薋PC在該控制器作用下對電力系統(tǒng)功率振蕩的阻尼控制效果。
　　 自行研制一套FPC系統(tǒng)實驗裝置，依托此裝置研究了一系列關鍵問題：對電網(wǎng)側變換器的啟動控制以及正常工況運行時對直流電壓的穩(wěn)定控制進行實驗，結果顯示電網(wǎng)側變換器可以對直流電壓的穩(wěn)定起到很好的控制效果，并且能為轉子轉差功率提供與電網(wǎng)連接的通道，且具有良好的動、靜態(tài)特性；轉子側變換器對雙饋感應電機進行啟動控制，

6、速度控制和有功、無功功率的解耦控制，實驗結果表明轉子側變換器啟動投入平滑，沒有過大的電流和功率沖擊，F(xiàn)PC能正常運行于超、次同步儲能和發(fā)電以及調相等工作狀態(tài)，具有良好的有功、無功功率解耦控制性能；在電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗條件下，將FPC接入單機無窮大系統(tǒng)的發(fā)電機端口進行阻尼發(fā)電機功率振蕩的實驗研究，實驗結果證明FPC具有阻尼發(fā)電機功率振蕩的作用，以此驗證了所設計FPC阻尼功率振蕩控制器的可行性，從實踐上證明了對FPC阻尼系統(tǒng)功率振蕩機理分