[发明专利]一种用于机械储能系统的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电场飞轮控制方法，尤其涉及一种用于机械储能系统的控制方法。

背景技术

多飞轮储能单元组成的飞轮储能矩阵系统，该系统可以配合风力发电等可再生能源电力系统，平滑系统有功输出功率，稳定系统输出电压，进而提高电力系统的稳定性，提高可再生能源并网能力。

飞轮储能技术的基本原理是，将风力发电系统发出的电能通过电动机拖动飞轮转动，将电能转化为动能储存在高速旋转的飞轮中。需要释放能量时，再由飞轮带动电动机发电，将动能转化为电能释放出来，用于补充风力发电系统的电能输出，一起向用电设备或电网供电。其中，与飞轮同轴相连的电机既可以用作电动机，也可以用作发电机。

旋转飞轮储存能量为：E=12Jmω2---(1)]]>

飞轮的可释放能量为：E0=12Jm(ω2-ωmin2)---(2)]]>

其中，J_m是飞轮转子的转动惯量，ω表示飞轮转子当前的旋转角速度，ω_min飞轮转子最低转速要求。其中，ω_min与飞轮电机调速范围相关。由公式(1)和(2)可知，飞轮转子最高转速越高，飞轮的储能容量越大；飞轮电机调速范围越宽，飞轮转子可释放的能量就越多。飞轮吸收或释放能量的多少可以通过测量旋转角速度之差，依据公式(1)计算。

飞轮电机的作用是驱动飞轮转子加速、减速，以完成飞轮转子储能、释能的任务，其需要分别工作在电动机、发电机的状态。以风力发电系统为例，当飞轮需要储存能量时，飞轮电机工作在电动机状态，并从风力发电系统吸收能量；当飞轮需要向电网释放能量时，飞轮电机工作在发电机状态，通过能量回馈制动的方式向电网输出功率。

假设飞轮储能单元参考储存能量E_rfw可表示为：

E_rfw＝∫P_rfwdt+E_fw0

其中，E_fw0飞轮储能系统当前时刻的储存能量，P_rfw为飞轮储能单元参考功率(P_rfw＞0表示飞轮吸收功率，P_rfw＜0表示飞轮释放功率)，t为积分时间常数。则飞轮储能单元在时间段t内，为释放或吸收功率P_rfw，其所要达到的参考角速度ω^*可表示为：

ω*=2Erfw/Jm]]>

飞轮电机的动态方程表示为：

T_e-T_L＝J_m(dω/dt)