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1、第33卷第1／2期東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)V01．33．No．1／22013年4月JournalOfNortheastDianiiUniversityApt．，2013文章編號(hào)：1005—2992(2013)01／02—0095—04飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在微網(wǎng)下的特性研究黨克，許鑫，于吉慶2(1．東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，吉林吉林132012；2．吉林省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)春130000)摘要：為了更加準(zhǔn)確的研究飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的自身特點(diǎn)及在微網(wǎng)中的動(dòng)態(tài)特性，在PSCAD平臺(tái)上，建立了基于永磁同步機(jī)的飛輪仿真模型，對(duì)
2、其自身特點(diǎn)和在微網(wǎng)中的運(yùn)行特性進(jìn)行了分析與探討。并加入風(fēng)損模塊，以求得出結(jié)果更接近于飛輪的實(shí)際工作情況。通過(guò)與傳統(tǒng)的直流機(jī)相比較，永磁機(jī)不需要無(wú)功勵(lì)磁電流，因此可以顯著提高功率因數(shù)；另外永磁式同步電機(jī)減少了定子電阻損耗，其效率比同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)高。關(guān)鍵詞：飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)；微網(wǎng)；永磁同步機(jī)中圖分類號(hào)：TM727；TM91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間快，功率密度大，環(huán)境友好，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，非常適合在微電網(wǎng)中作為儲(chǔ)能元件。隨著磁懸浮技術(shù)和材料學(xué)的進(jìn)步，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，并
3、在微電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。在微網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，飛輪系統(tǒng)往往需要頻繁地吸收(發(fā)出)較大功率，因此研究其工作特性是很有必要的。研究飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的仿真模型可以近似看成是對(duì)電機(jī)模型的仿真研究。傳統(tǒng)的飛輪儲(chǔ)能研究多數(shù)都采用無(wú)刷直流電機(jī)為模型，而隨著近年來(lái)高溫超導(dǎo)永磁技術(shù)的發(fā)展，人們利用超導(dǎo)特性將一定質(zhì)量的飛輪放于永磁體上，飛輪兼做電機(jī)轉(zhuǎn)子。其與永磁機(jī)更為相近。因此本文選用的永磁式同步電機(jī)作為飛輪的研究模型。永磁式同步電機(jī)與感應(yīng)電機(jī)相比，不需要無(wú)功勵(lì)磁電流，因此可以顯著提高功率因數(shù)；另外永磁式同步電機(jī)減少了定
4、子電阻損耗，其效率也比同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)高。本文是在PSCAD平臺(tái)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，以基本算例為基礎(chǔ)，不同于傳統(tǒng)的仿真值針對(duì)理想狀態(tài)下的飛輪模型，而是通過(guò)對(duì)輸入量的修改及調(diào)整對(duì)實(shí)際中的飛輪系統(tǒng)進(jìn)行研究。1微網(wǎng)建模分析1．1微網(wǎng)建模因此從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度出發(fā)，微網(wǎng)內(nèi)規(guī)劃的微型電源發(fā)電功率通常要小于總負(fù)荷需求。當(dāng)主電網(wǎng)發(fā)生故障，微網(wǎng)與主電網(wǎng)解列，由于功率不足，使得微網(wǎng)電壓受到劇烈擾動(dòng)后大幅度下降，甚至可能需要切除全部負(fù)荷，再根據(jù)負(fù)荷的重要程度逐步帶載運(yùn)行。這說(shuō)明，微網(wǎng)的抗擾動(dòng)能力較弱，目前國(guó)內(nèi)微網(wǎng)示范工程
5、的負(fù)荷僅以照明、制冷及供熱為主。微網(wǎng)主要包括：主電網(wǎng)、配變、分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、負(fù)荷、電力電子開(kāi)關(guān)、并網(wǎng)逆變器等。配變低壓側(cè)視情況安裝潮流控制開(kāi)關(guān)，禁止微網(wǎng)向主電網(wǎng)輸送功率。正常運(yùn)行時(shí)，并網(wǎng)斷路器處于閉合狀態(tài)，微網(wǎng)與主電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，微型電源和電網(wǎng)同時(shí)為負(fù)荷供電；當(dāng)主電網(wǎng)發(fā)生故障后，孤島檢測(cè)控制器需要收稿日期：2012—09—14作者簡(jiǎn)介：黨克(1960一)，男，吉林省吉林市人，東E電力大學(xué)電氣工程學(xué)院研究員，主要研究方向：新能源發(fā)電、電力系統(tǒng)電能質(zhì)量及分布式發(fā)電．東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)第33卷迅速檢
6、測(cè)出微網(wǎng)處于孤島狀態(tài)，并網(wǎng)斷路器斷開(kāi)，微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行?。姜將等各)并種聯(lián)分于布同式一電條源直(流風(fēng)母力線發(fā)上麓電。設(shè)必備要，光時(shí)伏也發(fā)可電采設(shè)用量備雙網(wǎng)H。～(1卜萄L三__．J一4【H古_(tái)／‘叫冪叁皇l逆變器母線直流母線結(jié)構(gòu)，以避免發(fā)生直流接地短路故障而被圖1微網(wǎng)的簡(jiǎn)化拓?fù)鋱D迫切除所有微電源，微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。1．1．1主電網(wǎng)，配變及負(fù)載參數(shù)設(shè)定主電網(wǎng)線電壓為1OkV，短路容量100MVA。本文不研究發(fā)生故障后主電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。配變額定容量100kVA，一次繞組額定電壓10kV，繞組接線方
7、式為D11；二次繞組額定電壓380V，繞組接線方式Y(jié)n。交流負(fù)荷為三相阻感線性負(fù)載，在額定線電壓(380V)下，其有功功率為20kW，無(wú)功功率為2kvar。直流負(fù)荷為1kW阻性負(fù)載。1．1．2微型電源和儲(chǔ)能元件微型電源以風(fēng)電發(fā)電或光伏發(fā)電為例，為充分利用清潔能源，風(fēng)機(jī)及光伏發(fā)電均采用最大功率跟蹤控制算法，運(yùn)行于最大功率輸出工作方式?？蓪L(fēng)機(jī)(或光伏組件)及相應(yīng)的AC／DC(或DC／DC)電力電子裝置視為一體，可等效于輸出電流波動(dòng)較大的直流電流源，經(jīng)并網(wǎng)逆變器處理后輸入永磁機(jī)。2飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)建模及
8、仿真飛輪儲(chǔ)能也稱為飛輪電池，它是一種新型的機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)，以高速旋轉(zhuǎn)的具有一定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的飛輪質(zhì)體作為機(jī)械能量?jī)?chǔ)存的介質(zhì)，利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)和能量轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)來(lái)儲(chǔ)能和釋能。當(dāng)飛輪的最高旋轉(zhuǎn)角速度為OJ時(shí)，其儲(chǔ)存的總能量為1E=÷，(1)二飛輪轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為M=．，．(2)0當(dāng)轉(zhuǎn)矩的方向與飛輪的方向一致時(shí)，飛輪受到正向不平衡轉(zhuǎn)矩的作用而加速，將能量轉(zhuǎn)化為飛輪的動(dòng)能儲(chǔ)存起來(lái)。反之當(dāng)與飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反時(shí)，飛輪受到反向不平衡轉(zhuǎn)矩的作用而減速，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成其它形式的能量。飛輪始終在最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之間循環(huán)旋轉(zhuǎn)，
