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由于电网不控整流得到的直流母线电压等级低于并网所需的直流母线电压等级,因此电机侧变流器电压外环控制中的直流母线电压指令值 U* dc 需大于电网不控整流所得的直流母线电压值。这样,由于电网线电压峰值低于飞轮电机所稳定的电压值,电网线电压被不控整流桥上的二极管反向阻断,可以将电网变流器等效为开路,这样预并网阶段的飞轮电机可以看作是以电压外环空载放电。飞轮储能系统预并网阶段的控制方法如图 1 中开关 S 位于 b 时所示。
2.3 并网运行
在进入预并网阶段后,只要启用电网侧变流器的 PWM 控制,而电机侧变流器以电压外环的控制方式不变,飞轮储能系统即进入并网运行阶段。
飞轮储能系统并网运行控制方法如图 2 所示。由图 2 可见,电网侧变流器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,控制直流母线与电网之间的功率交换。电机侧变流器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,并间接控制直流母线与飞轮电机之间的功率交换以满足电网侧变流器对直流母线的功率需求。
当并网有功功率指令值 P*为正时,飞轮储能系统并网放电;当 P*为负且绝对值大于系统损耗时,飞轮储能系统并网充电。当不需要飞轮储能系统与电网进行无功功率交换时,可令并网无功功率指令值 Q*=0。当 P*为负时,电网向飞轮储能系统输入的有功功率大小为|P*|,而系统的总损耗 Ploss(|P*|, ωm)与|P*|及飞轮电机转速 ωm 有关(具体证明过程因篇幅限制从略)。这样当|P*|= Ploss(|P*|, ωm)时,电网向飞轮储能系统输入的有功功率与飞轮储能系统总损耗相等,飞轮电机转速将稳定在 ωm。因此,当 P*为|P*|=Ploss(|P*|, ωm)的解 P*(ωm)时,飞轮储能系统并网待机运行,所对应的待机转速为 ωm。
汇总后的飞轮储能系统各个阶段的控制方法见表 1。
3 电机侧控制器参数设计与稳定性分析
电网侧的控制器参数设计可参考文献[20, 25]先进行变流器侧电流内环设计,再进行电网侧电流外环设计,具体设计过程限于篇幅从略。
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