飛輪貯能機構在風電場中的應用及仿真分析

張樹德

摘 要：基于數學模型構建了飛輪貯能機構接入風電場的仿真模型。仿真得到了采樣時間不同的風速、輸出功率波形曲線。通過對飛輪貯能機構接入前后輸出功率波形曲線的比較，可以得知，飛輪貯能機構實現了對平穩功率與風電輸出功率之間差值的誤差率<2.0%，表明設計的飛輪貯能機構能夠很好地對風電場輸出功率進行跟蹤調節與有效控制。

關鍵詞：飛輪貯能；風電場；電網控制器；風電功率

1 前言

在風電系統中，由于飛輪貯能機構具有對輸出功率快速響應和雙向調節的能力，因此能夠有效地削弱風能的波動對風電系統輸出功率以及電力網絡的不良影響[1]。并網型風電系統采用功率雙向調節、響應迅速的飛輪貯能機構，能夠達到綜合地補償風電場輸出的有功、無功功率，從而減小風電系統輸出功率對電力網絡的波動[2-3]。

2 控制器模型

電網側控制器的實際功能為：⑴響應速度快，保障電網的安全；⑵維持電流正弦、使電壓電流相位差保持一個較大值；⑶確保電壓電流相位反相。

為了實現功率雙向流動的目的，要求電網側控制器必須能夠隨時工作在整流和逆變兩個過程中。目前，定矢量控制方式廣泛用于電網側控制器中，即滿足一般的條件：d軸滯后q軸900并且dq坐標系均以相同速度旋轉，電壓矢量的方向在d軸上，這樣其在q軸上的投影是0。

所以，控制id、iq就能夠單獨控制電網側控制器的有功、無功功率。將閉環PI控制調節應用于d、q軸電流分量上，能夠得出ud、uq。最后對電網側控制器實施PWM策略，就能夠更好地對有功、無功進行補償。

3 飛輪貯能機構的接入

將飛輪貯能機構并入雙PWM控制器的直流側，用于貯存能量，電能變換到動能貯存在飛輪極速轉動的轉子內；需要釋放能量時，把飛輪轉子中的動能變換為電能輸出，反饋回電力網絡。可以得到飛輪貯能機構并入電力網絡的等效電路。

5 結論

介紹了飛輪貯能機構在并網型風電系統中的應用，分析了其控制策略；將飛輪貯能機構接入電力網絡，并依次構建了電網側控制器仿真模型和發電機側控制器仿真模型；仿真得到了含有飛輪貯能機構的風電系統對輸出功率追蹤的波形曲線。結果顯示，飛輪貯能機構能夠有效地對風電系統輸出功率實現跟蹤與控制。

[參考文獻]

[1]Bailey C，Saban D M，Guedes P P.Design of high-speed direct-connected permanent-magnet motor sand generators for the petrochemical industry.IEEE Transactions on Industry Applications.2009.

[2]王楠，李永麗，張瑋亞，等。飛輪儲能系統放電模式下的非線性控制算法[J].中國電機工程學報，2013，33（19）：1～7.

[3]B.Bolund， H.Bernhoff，M.Leijon.Flywheel energy and power storage systems[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews.2007