基于飛輪儲能的柔性功率調節器關鍵技術研究.pdf

1、基于飛輪儲能系統的柔性功率調節器（Flexible Power Conditioner，FPC）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，擁有儲能、發電、調相等多種功能，具有提高電力系統穩定性的能力。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穩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狀進行了討論。
　　 建立了FPC中雙饋電機的數學模型，得到穩態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。研究了FPC中雙饋電機的勵磁控制技術。對其電網側變換器和轉子側變換器的數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在電網電壓對稱跌落情況下的故障穿越控制技術。在電網側變換器控制中加入負載電流前饋，以減小在電網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、的暫態磁鏈變化所引起。接著利用暫態分析的結論，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阻尼電力系統功率振蕩的機理，提出通過FPC的阻尼控制增大發電機電磁轉矩對功率振蕩的阻尼效果。設計了FPC抑制發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以阻尼發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功率振蕩的阻尼控制效果。
　　 自行研制一套FPC系統實驗裝置，依托此裝置研究了一系列關鍵問題：對電網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定控制進行實驗，結果顯示電網側變換器可以對直流電壓的穩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連接的通道，且具有良好的動、靜態特性；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，FPC能正常運行于超、次同步儲能和發電以及調相等工作狀態，具有良好的有功、無功功率解耦控制性能；在電力系統動態模擬實驗條件下，將FPC接入單機無窮大系統的發電機端口進行阻尼發電機功率振蕩的實驗研究，實驗結果證明FPC具有阻尼發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阻尼系統功率振蕩機理分