基于雙回路協調控制的飛輪儲能系統自抗擾技術研究
鄭博文，高春輝，楊朋威，陳肖璐，劉春暉，任正，陳更，許才，王純
(國網內蒙古東部電力有限公司電力科學研究院，內蒙古 呼和浩特 010010)
摘 要：飛輪儲能對環境的要求和影響非常低，充放電深度和健康狀態預測相對簡單，且方便實現模塊化應用。基于背靠背雙 PWM 變頻器和永磁同步電機的數學模型，在 MATLAB/Simulink 中搭建了飛輪儲能系統單機并網仿真模型，通過分析復雜工況下的仿真結果，發現了系統抗擾動能力差、直流母線電壓波動較大的問題，經理論分析，提出了一種背靠背變頻器的優化雙回路前饋協調控制策略，該方法在傳統網側變換器電流內環控制結構中附加了電容電流控制環，同時引用負載電流估算值和電網電壓作為前饋項，通過仿真分析，驗證了該控制策略的有效性，能夠實現兩側變換器的一體化協調控制，整體提高了飛輪儲能系統的自抗擾能力和動態性能。
關鍵詞： 背靠背變頻器；飛輪儲能系統；矢量控制；前饋控制；負載擾動；脈寬調制技術
中圖分類號：TM919 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3175(2022)05-0008-07
Research on Auto Disturbance Rejection Technology of Flywheel Energy Storage
System Based on Dual-Loop Coordinated Control Strategy
ZHENG Bo-wen, GAO Chun-hui, YANG Peng-wei, CHEN Xiao-lu, LIU Chun-hui, REN Zheng, CHEN Geng, XU Cai, WANG Chun
（State Grid East Inner Mongolia Electric Power Research Institute, Hohhot 010010, China）
Abstract: The flywheel energy storage has little need for the circumstance, and it has a low impact on the environment. In addition, the charging depth of the flywheel energy storage is simple, and the prediction of the health condition is basic.This paper constructed a single-machine grid-connected simulation model of the flywheel energy storage system in MATLAB/Simulink based on the mathematical model of a back-to-back dual PWM inverter and permanent magnet synchronous motor. By analyzing the simulation results under complex working conditions, this research found that the system has a low ability of anti-disturbance and severe problems with DC bus voltage fluctuations.This paper proposed an optimized dual-loop feedforward coordinated control strategy for back-to-back inverters by theoretical analysis. This method added a capacitor current control loop to the structure of the inner current control of the traditional grid-side converter. Moreover,it used the estimated value of the load current and the grid voltage as feedforward terms. It verifies the effectiveness of the control strategy through simulation analysis. In addition, this research proves it could realize the integrated control of the converters on both sides. All in all,it improves the self-disturbance immunity and dynamic performance of the whole flywheel energy storage system.
Key words: back-to-back inverter; flywheel energy storage system; vector control; feedforward control; load disturbance; pulse-width modulation
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