飛輪儲能系統(tǒng)的研究.pdf

1、21世紀(jì)人類面臨著經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn),環(huán)境和能源問題已成為全球最重要的課題。在不斷開發(fā)新能源的同時(shí),如何更有效地利用現(xiàn)有能源,已引起了人們的日益關(guān)注。能量儲存是實(shí)現(xiàn)能源高效利用的重要途徑。飛輪儲能具有高比能量、高比功率、高效率、無污染、適用范圍廣、無噪聲、長壽命、維護(hù)簡單、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作、可進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)制造等優(yōu)點(diǎn),因此具有廣泛應(yīng)用前景。近年來隨著現(xiàn)代電動(dòng)/發(fā)電機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、新材料技術(shù)、磁懸浮技術(shù)和控制技術(shù)的最新進(jìn)展

2、,使這一新型儲能技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用成為可能。基于此,本文就飛輪儲能中能量轉(zhuǎn)化控制這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)展開研究。本論文在查閱了大量國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,以電動(dòng)車輛和不間斷電源(UPS)為應(yīng)用背景,進(jìn)行了中小功率飛輪電池的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。針對驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特性需求,選擇了三相鼠籠性異步電機(jī)作為電動(dòng)/發(fā)電機(jī),這類電機(jī)不僅具有容量大和易于高速運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn),而且在控制其調(diào)速過程中不需要磁極位置檢測器。控制電路采用雙變頻器公直流母線方式,這種運(yùn)行控制方式不但能充分利

3、用現(xiàn)有資源而且可以實(shí)現(xiàn)整流和逆變的模塊化和易控制性,還能保證控制精度又能易于采樣和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)重要的是控制器的設(shè)計(jì),此設(shè)計(jì)控制器采用的是先進(jìn)的電壓空間矢量控制和矢量控制技術(shù),充電時(shí)采用速度電流雙閉環(huán),空間矢量調(diào)制,放電控制時(shí)采用電壓電流雙閉環(huán),正弦波調(diào)制(SPWM)。充電時(shí)速度環(huán)是由給定轉(zhuǎn)速和反饋轉(zhuǎn)速的偏差作為調(diào)節(jié)環(huán)的輸入經(jīng)過PI計(jì)算后輸出轉(zhuǎn)矩給定電流,實(shí)現(xiàn)速度跟蹤環(huán)節(jié);放電時(shí)電壓環(huán)是由給定電壓和反

4、饋電壓Udc的偏差作為調(diào)節(jié)環(huán)的輸入經(jīng)過PI計(jì)算后輸出轉(zhuǎn)矩給定電流,實(shí)現(xiàn)直流電壓跟蹤環(huán)節(jié)。這樣的控制系統(tǒng)保證了充電時(shí)的的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性;放電時(shí)的飛輪釋放能量被負(fù)載電機(jī)所利用,避免了中間直流母線電壓的泵升,從而達(dá)到對Ud的反饋控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,控制方法不但簡便易行,而且調(diào)整方便控制效果很好。最后對該系統(tǒng)進(jìn)行了MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在實(shí)時(shí)控制和能量回饋兩種不同的工作模式下,均有良好穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)特性,具有較高的能量轉(zhuǎn)換