提高飞轮储能系统并网侧电能质量的设计研究.pdf

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1、第48卷第3期电力电子技术Vo1．48，No．32014年3月PowerElectronicsMarch2014提高飞轮储能系统并网侧电能质量的设计研究钟畅，游小杰，王江波，郭希铮(1．北京交通大学，电气工程学院，北京100044；2．国网智能电网研究院，北京100192)摘要：系统设计采用高速永磁同步电机(PMSM)作为飞轮电机。整体拓扑采用背靠背双PWM变流器结构，电网侧变流器采用LCL滤波器，以减小网侧电流开关频率整数倍附近的高次谐波。其次，网侧整流器采用双闭环控制，以实现并网侧高功率因数，而PMSM侧逆变器采用弱磁控

2、制。另外，设计分析并仿真验证了复矢量PI电流调节器，提高了系统鲁棒性。最后，搭建了飞轮储能系统(FESS)实验样机平台，通过实验验证了该系统设计与控制方案的有效性。关键词：滤波器；电能质量；飞轮储能系统中图分类号：TN713文献标识码：A文章编号：1000—100X(2014)03—0019—03ResearchontheDesignforEnhancingthePowerQualityofaFlywheelEnergyStorageSystemZHONGChang，YOUXiao-jie，WANGJiang-bo，GUOX

3、i—zheng(1．Beijing~aotonge，Beijing100044，China)Abstract：Thisdesignuseshigh—speedpermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)astheflywheelmotorandtheover-allsystemtopologyusesback—to—backdoublePWMconverterstructure．Grid-sideconverterwithLCLfilterisadoptedtodecreasetheinduct

4、ancedramatically．PMSMdrivecontrolsystemusesthefield—weakeningcontrolstrategy．Aprototypeofflywheelenergystoragesystem(FESS)isestablishedtovalidatethedesignofthecontrolsystembyexperimentalresults．Keywords：filter；powerquality；flywheelenergystoragesystemFoundation：Supp

5、ortedbyTechnologyProjectsofStateGridCorporation(No．DL71—10-001)1引言2飞轮储能系统电力电子变换器拓扑与其他储能方式相比。飞轮储能具有储能密飞轮储能控制电力电子变换器主电路需完成度高、运行温度范围宽、功率大、过充电与过放电能量储存与释放的目的，故其控制系统主回路结危险性低、效率高、寿命长和无污染等诸多优点Ⅲ。构通常具有储能与释能回路分立及二者一体的这目前有较多文献对FESS的充放电控制策略进行两种结构。目前基于TMS320F28335型DSP芯片了研究，但对FES

6、S电能质量的研究相对较少『2_31。可实现较复杂的控制算法。因此此处设计将采用此外，高速复合材料飞轮，如碳纤维飞轮，能突破储能与释能回路一体的背靠背双PWM变流器拓飞轮边缘线速度的限制。从而提高系统能力密度扑结构以简化系统，如图1所示。以及功率密度。这里主要研究碳纤维复合材料FESS。其电力电子变换器整体拓扑结构采用背靠背双PWM变流器以实现网侧单位功率因数。电网侧采用LCL滤波器以降低开关频率整数倍附近的高次谐波．从而减小网侧电流的总谐波畸变率(THD)。最后，图1FESS电力电子变换器主回路拓扑通过飞轮储能实验样机平台的

7、实验。验证了设计Fig．1MaincircuittopologyofFESSpowerelectronicconverter方案的有效性。2．1LCL滤波器设计及网侧变流器数学模型LCL滤波器与传统L滤波器相比，其高频响基金项目：国家电网公司科技项目资助(DL71—10—001)应较好，因此可抑制在开关频率附近的高次谐波。定稿日期：2013—12—27LCL滤波器传递函数为：作者简介：钟畅(1990一)，男，福建宁德人，硕士，研究方G)==雨CfRds+l(1)向为电力电子变流装置及永磁同步电机控制。19第48卷第3期电力电

8、子技术Vo1．48，No．32014年3月PowerElectronicsMarch2014传统L滤波器传递函数为：分析采用传统同步旋转坐标系下PI电流调G(s)=(s)／(s)=1／(Ls)(2)节器的开环系统频域响应，如图3b所示，可见，虽其中L=L+Lr[41，图2a为两种滤波器的波