[发明专利]一种基于飞轮储能的补偿控制系统

说明书

本发明提出了一种基于飞轮储能的补偿控制系统。它包括飞轮储能电机、变流器A、变流器B、转换开关、旁路开关、串联变压器；所述飞轮储能电机通过所述变流器A和所述变流器B进行整流和逆变，所述转换开关和所述旁路开关用于控制补偿，所述串联变压器用于将电能接入电网。该补偿控制系统基于飞轮储能的充放电控制策略能实现电能与飞轮转子机械能之间的有效转换，并保证飞轮储能系统在放电状态下输出恒定功率，能够及时准确地补偿系统在发生电能质量扰动时所需的电压和产生最小的负载电压瞬态失真，并能够减少补偿控制注入有功功率，节约飞轮电机的储能容量，延长补偿时间。

技术领域

本发明涉及储能领域，尤其涉及一种基于飞轮储能的补偿控制系统。

背景技术

现代工业的快速发展中，一些新型的电力电子装置和一些非线性、冲击性、非对称性负荷的运行可能导致电网电压升高、跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题，而电压暂降在诸多电能质量问题中发生频率最高，影响最为严重，造成经济损失最大。动态电压恢复器作为一种新型电能质量补偿装置特别适合用于补偿电网中出现的电压暂降问题，动态电压恢复器具有结构简单、装置成本低、补偿效率高等优势，基于其具有高性价比和良好的动态性能，动态电压恢复器已成为目前治理电网中出现电压暂降问题最为经济、有效的手段。

当系统出现电压暂降扰动时，动态电压恢复器中的直流储能单元向暂降系统注入有功/无功功率来进行电压补偿。动态电压恢复器直流储能有2种结构方式：一种采用不可控整流或可控整流器件从电网侧或是用户侧的线路上直接提取能量，这种方法无法向动态电压恢复器进行储能，有可能引起更严重的电压跌落；另一种是采用直流储能元件，动态电压恢复器在进行补偿工作时能量由直流储能装置提供，飞轮储能装置具有寿命长、快速充放电以及无污染等特性，适合短时间储能。飞轮储能方式具有寿命长、快速充放电以及无污染等特性，适合短时间储能，能够有效解决电能质量和脉冲式用电问题。但目前尚无合适的飞轮储能装置和充放电控制策略。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于飞轮储能的补偿控制系统，以解决电网中出现电压暂降的问题。

本专利提供了一种基于飞轮储能的补偿控制系统，包括飞轮储能电机、变流器A、变流器B、转换开关、旁路开关、串联变压器；所述飞轮储能电机通过所述变流器A和所述变流器B进行整流和逆变，所述转换开关和所述旁路开关用于控制补偿，所述串联变压器用于将电能接入电网。

优选地，所述飞轮储能电机由储存能量用的飞轮转子、支撑转子的永磁轴承、进行机电能量转化的电机和进行电能变换与传输控制的电能转换系统组成。

优选地，所述飞轮同轴安装的永磁无刷直流电机通过2个电压型变换器所述变流器A和所述变流器B，进而经所述串联变压器接入电网。

优选地，补偿控制系统运行启动初期，通过控制系统电源电压和负荷侧电压之间的相角差，利用所述变流器B起整流作用，将系统电源的能量转换到飞轮储能系统的直流母线侧，所述变换器A起逆变作用，将从所述变换器B出来直流电经过PWM变为频率可变或电压大小也可变的交流电。

优选地，所述飞轮充满能量后，补偿控制系统进入待机模式，这时旁路开关k1、k2、k3闭合直接将动态电压恢复系统旁路，以减少串联变压器的损耗。

优选地，所述变换器B起整流作用，将发出的交流电整流为直流电，所述变换器A起逆变作用，采用电压优化补偿控制飞轮减速放电，补偿敏感负载所需功率。

优选地，当电网电压发生短时间暂降时，补偿控制输出电压使负载电压的相位在补偿开始时与暂降前保持一致，并过渡到与暂降后电压一致，在调制补偿过程中始终保持负载电压幅值与暂降前电压一致。

当检测到暂降电压后，补偿电压与电网电压之间的相位角被控制且存储起来，测量的相位角也被存储起来，测量值通过依靠跌落检测的数量样本来产生参考电压。