技術領域

本發明涉及一種應用于風電場的飛輪控制方法，尤其涉及一種應用于風電場的飛輪儲能矩陣系統的協調控制方法。

背景技術

多飛輪儲能單元組成的飛輪儲能矩陣系統，該系統可以配合風力發電等可再生能源電力系統，平滑系統有功輸出功率，穩定系統輸出電壓，進而提高電力系統的穩定性，提高可再生能源并網能力。

飛輪儲能技術是一種將電能儲存為飛輪轉子旋轉的動能的技術，通過對系統的控制，飛輪儲能系統可以在必要的時候儲存或釋放能量，達到平滑發電系統的輸出有功功率、補償電力系統無功功率、穩定母線電壓的作用。

飛輪儲能單元的基本結構如圖1所示，飛輪儲能單元包括外殼1、真空泵2以及安裝在外殼內的轉軸3、飛輪4、下層軸承5、上層軸承6、永磁直流無刷電機7和編碼器8。

飛輪儲能單元所儲存的動能可表示為：

E=12Jmω2]]>

飛輪可釋放的能量可表示為：

E0=12Jm(ω2-ωmin2)]]>

其中，J_m表示飛輪轉子的轉動慣量；ω表示飛輪轉子的旋轉角速度；ω_min表示飛輪轉子可工作的最低角速度，它受飛輪電機調速范圍的限制。

現有技術中并沒有一種基于風電場與飛輪組的電網拓撲結構的多飛輪儲能單元之間的協調運行控制能有效的發揮飛輪儲能系統的優勢，即現有技術中存在飛輪切換損耗和運行損耗較大，無法保證飛輪儲能矩陣系統的穩定性，進而也無法保證電力系統的穩定性，不能更有效地提高風電輸出電能質量。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足，本發明提供了一種更有效的發揮飛輪儲能系統優勢，減小飛輪切換損耗和運行損耗，保證飛輪儲能矩陣系統穩定性，進而保證電力系統穩定性，提高風電輸出電能質量的應用于風電場的飛輪儲能矩陣系統的協調控制方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案：

一種應用于風電場的飛輪儲能矩陣系統的協調控制方法，該方法包括如下步驟：

1)建立風電場飛輪儲能矩陣拓撲結構：將多個飛輪儲能單元組成的飛輪儲能矩陣系統安裝在風電場出口處，再將這些飛輪儲能單元并聯在一條直流母線上；飛輪儲能矩陣系統的直流母線通過雙向變流器與風電場的交流母線并聯；

2)建立飛輪儲能矩陣的控制系統：該控制系統包括上層控制器和底層控制器；每一個飛輪儲能單元各由一個底層控制器控制，而所有的底層控制器由一個上層控制器協調控制；

3)飛輪儲能矩陣系統充放電控制：包括飛輪儲能矩陣系統放電控制和飛輪儲能矩陣系統充電控制；

3.1)飛輪儲能矩陣系統放電控制：首先，上層控制器根據飛輪儲能單元不同的轉速運行狀態，按比例分配系統總參考功率；在飛輪儲能矩陣系統運行到某一時刻，飛輪儲能單元i的運行角速度為ω_i，且飛輪儲能矩陣系統中各飛輪儲能單元的轉速排序為：ω₁≥ω₂≥…≥ω_n，各飛輪儲能單元中最大可輸出功率排序為：P_Omax1≥P_Omax2≥…≥P_Omaxn＞0，各飛輪儲能單元中最大可輸出能量為：E_O1≥E_O2≥…≥E_On＞0；