壓縮空氣儲能電站的市場前景更新：2011-01-23 15:12:29作者：escn來源：中國儲能網 點擊：442次壓縮空氣蓄能電站是一種新的解決方案 世界電力供應系統正趨向跨地區或全國聯網，甚至跨國聯網，實行全天候供電。然而供電與用電總是不匹配，尤其在深夜，過剩電力“大放空”幾乎無法避免。為改變這個局面，人們殫思竭慮地尋找蓄能“蓄電”方法。比如蓄電池組、機械飛輪、超級電容器堆、超導磁儲電，等等。終因效率不高，壽命短，存取不便，蓄能容量偏小，投資成本大等，難以運作。 目前已經廣泛采用的是抽水蓄能電站和壓縮空氣蓄能電站。我國已建成投產的有：浙江安吉天荒坪電站、廣州（從化）抽水蓄能電站。天荒坪電站，2000年建，至今已成功運行6年，裝機容量為180萬KW，年發電量31.60億KWh，總投資63億人民幣，在調荷和回收電能方面發揮了重要功能。 壓縮空氣蓄能電站是一種新型蓄能蓄電技術。早在1978年，德國建成世界第一座示范性壓縮空氣蓄能電站獲得成功，緊跟其后的是美國、日本和以色列，都已建成使用，我國有識之士早已呼吁多年，但尚未引起決策者響應。而國外的實踐告訴我們，這確實是一個新的解決方案。壓縮空氣蓄能發電技術具有顯著的比較優勢和市場前景，請看壓縮空氣蓄能電站與抽水蓄能電站對比分析：1建電站地理條件要求 抽水電站：建站地理條件要求苛刻，上水庫建在面積較大的山頂上，高度、面積、地質結構要求嚴格。下水庫占地面積也大。并且水源、道路交通都有特定要求。 壓氣電站：無特定地理要求，山洞、山腳、荒灘、廢礦井，甚至海灘、海底都可以，儲氣庫深埋地下，幾乎不占用土地。 抽水電站：裝機容量180萬KW，投資額6590億元，建設周期68年。3611-5000元/kw 壓氣電站：裝機容量180萬KW，投資額5560億元，建設周期35年。3056-3333元/kw3建站占地面積與工程量 抽水電站：建站占地40005000畝，工程量包括上下兩個水庫、引水管、導流管、盤山公路、引水渠等等。 壓氣電站：占地少，廠房及設施只需占地10畝。儲氣庫深埋地下，地面可以種農作物。4運行效率與成本 抽水電站：能量轉換效率7073%，水資源成本需支付費用，并需連續補充失耗的水量。 壓氣電站：能量轉換效率達到7790%，空氣不要付費，使用中沒有“相變”能量損失。5安全性 抽水電站：地震、滑坡、暴風雨、泥石流、巖石風化、壩體開裂、熱脹冷縮破裂等等都存在風險。 壓氣電站：儲氣庫深埋于地下，比較穩定，溫差變化小，儲氣庫設置多道安全措施后，安全系數高。6能量載體特性 抽水電站：水分容易蒸發、流失，尤其是高溫季節，輸送成本高、粘度高，流速不快，水輪機響應速度慢。 壓氣電站：能量載體空氣到處存在不怕流失，流速快，因而響應速度快，能夠適應冷啟動、黑啟動，尤其適合調控負荷平衡，其它任何能量載體無法達到。 德國建成的壓縮空氣蓄能電站，裝機容量29萬KW，換能效率高達77%，若再利用“渠氏超導熱管技術”，換能效率提升至90%。 美國壓縮空氣蓄能電站規模達到2700MW裝機容量，相當于2個核電站的發電量，可供給68萬戶居民兩天用電量。 壓縮空氣蓄能電站的關鍵設施是儲氣庫，通常深埋于地下，技術上沒有難度。可以利用報廢礦井、山洞、廢氣井等。壓縮空氣蓄能電站示范效應與深遠意義壓縮空氣蓄能電站的重要意義在于：1空氣是“能源多媒體”的最佳選擇大力開發太陽能、風能、波浪能以及核能是世界潮流，但往往都存在供需不同步、供需不均衡的狀態，能夠把各種形態能源轉換、儲存、取用的“能量多媒體”只有“空氣”，它是這個“角色”的“最佳人選”。2經濟效益、社會效益巨大按發電量的三分之一計算，每年可節約四五億噸煤炭，相當于數十座中大型煤礦年產量，而且年年受益，經濟效益、社會效益巨大，節約大量資源，促進經濟社會可持續發展。3為“十一五”規劃作貢獻根據我國“十一五”規劃，節能降耗指標要達到20%，壓縮空氣蓄能發電技術是一個很好的選擇，而且會產生顯著的示范效應。解讀物理儲能技術更新：2010-11-08 14:09:58作者：escn來源：中國儲能網 點擊：570次【字號：大 中 小】在各種儲能技術中，化學儲能的發展速度一直領先于物理儲能。但今年7月初，英利集團透露了下一個高投入、高風險和高產出項目飛輪儲能設備，預計今年年底將推出第一批樣機，“十二五”期間將生產至少45萬臺。除了飛輪儲能，抽水儲能一直以來被廣泛應用，而另一種新的物理儲能方法壓縮空氣儲能也受到越來越多的關注，同時，中科院電工研究所的科學家對超導儲能的研發也取得進展。可以說，隨著能源體系對儲能技術需求的提升，一直以環境污染小，運行穩定性高著稱的物理儲能技術正在迅速升溫，開始與化學儲能競爭主角地位。飛輪儲能：充放快捷、能量密度最大早在上世紀50年代，瑞士歐瑞康公司就開發出飛輪儲能巴士。但此后三四十年間，由于高速旋轉飛輪驅動、飛輪軸承摩擦等問題都難以解決，飛輪儲能技術發展非常緩慢。飛輪儲能系統由高速飛輪、軸承支撐系統、電動機、發電機、功率變換器、電子控制系統和真空泵、緊急備用軸承等附加設備組成。谷值負荷時，飛輪儲能系統由工頻電網提供電能，帶動飛輪高速旋轉，以動能的形式儲存能量，完成電能到機械能的轉換；出現峰值負荷時，高速旋轉的飛輪作為原動機拖動電機發電，經功率變換器輸出電流和電壓，完成機械能到電能的轉換。與其他形式的儲能技術相比，飛輪儲能具有使用壽命長、儲能密度高、不受充放電次數限制、安裝維護方便、對環境危害小等優點。飛輪儲能功率密度大于5 kW/kg，能量密度超過20 Wh/kg，效率在90%以上，循環使用壽命長達20年，工作溫區為4050，無噪聲，無污染，維護簡單，可連續工作，積木式組合后可以實現兆瓦級，輸出持續時間較長，主要用于不間斷電源（UPS）、應急電源（EPS）、電網調峰和頻率控制。目前，國外已有公司和研究機構嘗試將飛輪儲能引入風力發電。其中，德國琵樂公司（Piller）的飛輪儲能具備在15秒內提供1.65兆瓦電力的能力；美國Beacon power公司（BCON）的20兆瓦飛輪儲能系統已在紐約州史蒂芬鎮開建，用來配合當地風場，建成后可以滿足紐約州10%的儲能需要。不過，飛輪儲能還具有很大的局限性。對于電網來說，可根據時間長短將儲能分為三大塊：時間最長的是能源管理，包括抽水儲能電站、壓縮空氣儲能和蓄電池。時間稍短的是過渡能源，通常靠蓄電池解決。然而，時間最短的則是超級電容和飛輪。據了解，飛輪儲能需要電能的持續輸入，以維持轉子的轉速恒定。一旦斷電，飛輪儲能通常只能維持一兩分鐘。這也意味著，飛輪儲能優勢不在于時間的長短，而是充放的快捷。早在上世紀80年代初期，中國科學院電工研究所就開始了飛輪儲能系統的探索，但之后國內沒有開展實質性的研究工作。直到上世紀90年代中期，在國外技術進步的影響下，國內的飛輪儲能技術研發才逐步興起。但有專家認為與國外技術水平差距在10年以上。不過，光伏巨頭英利集團涉足飛輪儲能消息的發布，與上述專家的觀點形成了鮮明的對比，立即引起了業界極大的興趣和關注。一向走在行業前沿、擅長“蛙跳”戰術的英利此舉，意味著中國的新能源企業正逐步走向行業最前沿的尖端領域。據財新網報道，其技術已經超過了歐美，國產化率達到了80%。當前電機中飛輪轉速達6萬轉/秒，將來會達到14萬轉/秒，而僅耗費所儲能的2%以下。抽水儲能：大容量儲能技術技術成熟、低成本、循環水利用等優勢，使得抽水儲能廣泛應用。所謂抽水儲能是間接儲存電能的一種方式，其主要應用領域包括調峰填谷、調頻、調相、緊急事故備用和提供系統的備用容量，還可以提高系統中火電站和核電站的運行效率，是電網運行管理的重要工具。據科學時報了解，抽水儲能利用下半夜過剩的電力驅動水泵，將水從下水庫抽到上水庫儲存起來，然后在次日白天和前半夜將水放出發電，并流入下水庫。在整個運作過程中，雖然部分能量會在轉化間流失，但相比之下，使用抽水儲能電站仍然比增建煤電發電設備來滿足高峰用電而在低谷時壓荷、停機這種情況來得便宜，效益更佳。上世紀六七十年代，日本、美國、西歐等國家和地區進入抽水儲能電站建設的高峰期。截至2008年，美國和西歐經濟發達國家抽水儲能機組容量占世界抽水儲能電站總裝機容量55%以上，其中：美國約占3%，日本則超過了10%，中國、韓國和泰國3個國家在建抽水儲能電站17.53GW，加上日本后達到24.65GW。雖然，抽水儲能是目前唯一一種實現大規模應用的大容量儲能技術，但由于建設抽水儲能需要特殊的地理條件，同時，效率僅有70%左右，建設期長達810年等因素，它的發展也受到了一定制約。在我國，抽水儲能電站的設計規劃已形成規范。機組由早期的四機、三機式機組發展為水泵水輪機和水輪發電電動機組成的二機式可逆機組，極大地減小了土建和設備投資。中國電力科學研究院張文亮在其論文儲能技術在電力系統中的應用中認為，為進一步提高整體經濟性，機組正向高水頭、高轉速、大容量方向發展，現已接近單級水泵水輪機和空氣冷卻發電電動機制造極限，今后的重點將立足于對振動、空蝕、變形、止水和磁特性的研究，著眼于運行的可靠性和穩定性，在水頭變幅不大和供電質量要求較高的情況下使用連續調速機組，實現自動頻率控制。同時，提高機電設備可靠性和自動化水平，建立統一調度機制以推廣集中監控和無人化管理。中國南車集團株洲電力機車研究所風電事業部技術總監郭知彼在接受媒體采訪時坦言，盡管其他新興儲能方式正在不斷取得發展，但短時間內，由于其他儲能方式的污染和成本等問題，在大規模儲能領域，抽水儲能仍將是最主要的方式。壓縮空氣儲能：高效率儲能技術壓縮空氣儲能電站（CAES）是一種用來調峰的燃氣輪機發電廠，主要利用電網負荷低谷時的剩余電力壓縮空氣，并將其儲藏在典型壓力7.5 MPa 的高壓密封設施內，在用電高峰釋放出來驅動燃氣輪機發電。在燃氣輪機發電過程中，燃料的2/3 用于空氣壓縮，其燃料消耗可以減少1/3，所消耗的燃氣要比常規燃氣輪機少40%，同時可以降低投資費用、減少排放。值得注意的是，壓縮空氣儲能電站建設投資和發電成本均低于抽水儲能電站，但其能量密度低，并受巖層等地形條件的限制。不過，壓縮空氣儲能電站的優勢也非常明顯，其儲氣庫漏氣開裂可能性極小，安全系數高，壽命長，可以冷啟動、黑啟動，響應速度快，主要用于峰谷電能回收調節、平衡負荷、頻率調制、分布式儲能和發電系統備用。盡管這種“壓縮氣體能源儲備”的概念已經提出了30多年，但目前全世界僅有德國、美國兩家壓縮空氣發電廠。這兩家發電廠分別創建于19世紀中后期和19世紀末。目前，兩家壓縮空氣發電廠都運營正常。同時，美國艾奧瓦州正在建設全球第三家壓縮空氣發電廠，負責“艾奧瓦儲備能源公園”(ISEP)項目設計工作的美國圣地亞國家實驗室已經得到了來自美國能源部的資金支持，預計將于2012年投入運營。據了解，艾奧瓦儲備能源公園是一個壓縮空氣發電廠，該發電廠將充分利用艾奧瓦州豐富的風力資源作為發電廠的運行能源，存儲容量可用于50小時發電。一旦該項目開始運營，其每年發電量將占艾奧瓦州用電量的20%左右，每年可以為艾奧瓦州節省大約500萬美元的能源成本。不過，建設壓縮空氣發電廠并非易事。建設的首要任務之一，就是必須找到一個支持空氣壓縮存儲的地質空間，但這需要占用大面積土地，因此，選址也成為制約其發展的決定性因素之一。盡管在壓縮空氣儲能技術準備相關設施的時候產生很多費用，但是相關科學家還是認為這種形式的儲存模式比制造電池便宜得多。另外，它的高容量和高效率已成為其區別于其他儲能方式的決定性優勢。美紐約州推進壓縮空氣儲能示范項目進程更新：2010-12-02 13:39:19作者：escn來源：中國儲能網 點擊：266次【字號：大 中 小】 中國儲能網訊：紐約州立電氣公司11月30日完成了此前與美國能源部（DOE）簽訂的2,960萬元的合作協議，作為該機構的智能電網示范研究項目的一部分，紐約州立電氣公司推出了一種創新，環保的壓縮空氣儲能方式。并對在沃特金斯峽谷北，塞尼卡湖西部的某處建立壓縮空氣儲能電站進行了全面的可行性研究。 壓縮空氣如何儲能？ 壓縮空氣蓄能（CAES）指的是在高壓情況下通過壓縮空氣來存儲大量的可再生能源，然后將其存儲在大型地下洞室、枯竭井或蓄水層里。在非用電高峰期(如晚上或周末)，用電機帶動壓縮機，將空氣壓縮進一個特定的地下空間存儲。然后，在用電高峰期(如白天)，通過一種特殊構造的燃氣渦輪機，釋放地下的壓縮空氣進行發電。雖然燃氣渦輪機的運行仍然需要天然氣或其他石化燃料來作為動力，但是這種技術卻是一種更為高效的能源利用方式。利用這種發電方法，將比正常的發電技術節省一半的能源燃料。 紐約州立電氣公司總裁Mark S.Lynch表示：“這是一項令人激動的技術，可以幫助我們解決持續增長的電力需求。以壓縮空氣儲能的方式來滿足用電高峰時刻的電力需求對環境幾乎是沒有破壞影響的。 支持可再生能源電力儲存和電網穩定 壓縮空氣儲能有能力滿足清潔的用電低谷時發出的可再生能源電力的儲存需求。此外，由于其具有快速啟動功能，建議建設的壓縮空氣儲能項目可以把附件大型風電場釋放出的不穩定電力平滑的持續性地輸入電網。同時，隨著風能繼續在中部和西部發展，對快速反應并能夠穩定電網的技術的需求越來越大。 紐約州立電氣公司提出的利用壓縮空氣儲能技術而建設的系統可以持續運轉長達16小時。美科學家欲用壓縮空氣儲能緩解能源短缺更新：2010-09-11 10:58:55作者：escn來源： 點擊：175次【字號：大 中 小】 據國外媒體報道，隨著國際石油價格最近不斷創出新高，如何解決未來的能源短缺問題再次成為科學家們關注的議題。美國科學家表示，壓縮空氣能源儲存(CAES)技術也許能有效地解決這一難題。 美國科學家稱，“壓縮空氣能源儲備”的功能類似于一個大容量的蓄電池。在非用電高峰期(如晚上或周末)，用電機帶動壓縮機，將空氣壓縮進一個特定的地下空間存儲。然后，在用電高峰期(如白天)，通過一種特殊構造的燃氣渦輪機，釋放地下的壓縮空氣進行發電。雖然燃氣渦輪機的運行仍然需要天然氣或其他石化燃料來作為動力，但是這種技術卻是一種更為高效的能源利用方式。利用這種發電方法，將比正常的發電技術節省一半的能源燃料。 盡管這種“壓縮氣體能源儲備”的概念已經提出了30多年，但目前全世界僅有兩家壓縮空氣發電廠。美國阿拉巴馬州的壓縮空氣發電廠創建于17年前，而德國的壓縮空氣發電廠則已有30年歷史。目前，兩家壓縮空氣發電廠都運營正常。現在，美國愛荷華州正在建設全球第三家壓縮空氣發電廠。美國圣地亞國家實驗室已經得到了來自美國能源部的資金支持，負責“愛荷華儲備能源公園”(ISEP)項目的設計工作。“愛荷華儲備能源公園”其實就是一個壓縮空氣發電廠，該發電廠將充分利用愛荷華州豐富的風力資源作為發電廠的運行能源。愛荷華發電廠的壓縮空氣存儲容量可用于50小時的發電。一旦ISEP開始運營，其每年發電量將占愛荷華州用電量的20%左右，每年可以愛荷華州節省大約500萬美元的能源成本。 壓縮空氣發電廠建設的首要任務之一，就是找到一個支持空氣壓縮存儲的地質空間。經過對廠址附近地區進行嚴密的地震檢測、反復的計算機模擬以及對其他壓縮空氣發電廠相關數據的認真分析，ISEP研究者稱目前他們已經找到了合適的空氣存儲空間。圣地亞國家實驗室已從ISEP項目所在地提取了多種礦石樣本，并進行了認真的分析與反復評估。這些分析和評估數據將為項目的設計和發電廠的建設提供了最必要的原始信息。據圣地亞國家實驗室ISEP項目負責人匹克介紹，該項目目前進展順利，預計將于2012年投入運營。最近，圣地亞國家實驗室又開始研究風能利用與空氣壓縮能源儲備兩者組合技術。這種組合技術將首先應用于ISEP項目中，繼爾可能推廣到全美其他發電廠。 但是大規模地儲藏壓縮空氣需要占用大面積土地。研究者們使用特殊材料制成一個50米寬，80米高的巨型風袋，將其置于600米以下的深水中，根據計算，這樣一個容積的袋子中，每立方米容積內可以儲存25兆焦耳的能量。在CAES的儲存中，水下是關鍵，只有深水巨大的壓力才能使能源的儲量增大。盡管在準備相關設施的時候產生很多費用，但是科學家還是認為這種形式的儲存模式比制造電池便宜得多。另外，在使這些壓縮空氣產生動力時，普通大小的風機難以滿足其要求，所以更大更牢固的葉片需要被應用在這種技術中。 現在，一般的渦輪機使用于40米深的水下，如何才能制造出可以在600米以下的深水處運行的渦輪呢？科學家指出，在法國、葡萄牙等地的大陸架上可以安裝渦輪，這些大陸架進入海洋深處，完全可以在那里形成能源轉換。研究人員說，“可再生能源的發展不僅在實際用途上為人類帶來了新的方向，也促進了科技的發展。海水中的儲風袋讓風能成為當今更加時尚和引人注目的能源。或許在今后，更多不可思議的技術將會給可在生能源更多的活力，也會給人們更多驚喜。”基于飛輪儲能的新型動態電壓恢復器的研究更新：2010-09-17 15:48:15作者：朱俊星，王同勛 來源： 點擊：201次【字號：大 中 小】摘 要：提出一種基于飛輪儲能的新型動態電壓恢復器(DVR)，其可對深度電壓暫降進行補償；大功率、高儲能量的飛輪儲能單元成本高昂，為提高飛輪的總儲能量，采用飛輪儲能陣列，各臺飛輪儲能單元并聯連接于同一直流母線。詳細分析該系統的工作原理和各部分的控制策略；對飛輪儲能陣列運行于放電狀態的控制策略進行了研究，提出了一種新型的放電控制策略。最后利用MatlabSimulink對系統進行仿真，驗證了所提拓撲結構及控制策略的可行性。關鍵詞：動態電壓恢復器；飛輪儲能陣列；并聯運行；放電控制 隨著工業規模的不斷擴大，接入電力系統的沖擊性負荷急劇增加，電能質量問題變得越來越嚴重，從而造成產品質量下降甚至生產過程中斷。根據各國學者和電力部門統計，在電力系統的各種電能質量問題中，電壓暫降的危害最大。目前，最有效的補償裝置是動態電壓恢復器(DVR)。 傳統的DVR在補償電壓暫降時，其所需能量由并聯于所補償電網的整流器提供，缺點是不能補償深度電壓暫降。因此有學者提出由儲能裝置來提供能量。常見的儲能裝置有：蓄電池、超級電容、超導儲能裝置以及飛輪儲能裝置。與其他幾種儲能方式相比，飛輪儲能具有高儲能量、長壽命、高效率、無污染等特性。因此在飛輪電池以及工業用UPS電源等領域得到廣泛應用。飛輪儲能是一高速旋轉的飛輪質體作為機械能量儲存的介質，利用電機和能量轉換控制系統來控制能量的輸入(儲存能)和輸出(釋放能)。目前，產品化的飛輪儲能單元最高指標通常為儲能量25 kWh，功率250 kW，若要求更高功率、更大儲能量則需采用飛輪儲能單元并聯運行來實現。文獻對多臺飛輪并聯運行的控制策略進行了研究，提出了一種以飛輪可釋放能量為比例分配各臺飛輪儲能裝置輸出功率的控制策略，此控制策略會導致各臺并聯飛輪的充放電次數不均勻。 針對以上不足，本文提出了一種基于飛輪儲能的新型動態電壓恢復器；詳細分析了該系統的工作原理和各部分的控制策略；針對飛輪并聯運行提出了一種新的放電控制策略；最后對系統進行了仿真驗證。1 、電路拓撲 基于飛輪儲能的DVR的拓撲結構如圖l所示，其主要由DVR變換器、濾波器、旁路開關、串聯變壓器、變換器A、電感L和飛輪儲能陣列(FESA)組成。 DVR變換器、濾波器、旁路開關和串聯變壓器一起組成串聯型電壓恢復器，變換器A和電感L構成PWM整流器，飛輪儲能陣列由多臺飛輪儲能單元(FESU)并聯組成，飛輪儲能單元由飛輪變換器、永磁無刷直流電機和飛輪3部分組成。電網電壓正常時，飛輪處于充電狀態：在電網電壓發生暫降時，DVR變換器經串聯變壓器向電網注入補償電壓，從而保證負載電壓是額定電壓。淺度電壓暫降時能量由電網提供；深度電壓暫降時能量由飛輪提供。 驅動電機采用三相永磁無刷直流電機，因其具有運行可靠、免維護、高效率以及調速性能好的特點，其主要參數如表l所示。2、 系統的控制策略21飛輪充電控制 飛輪的充電控制采用雙環控制結構，外環是轉速環，內環是電流環。其中，速度調節器采用復合控制。在啟動階段，希望轉速快速上升，而對控制精度要求相對較低，采用恒轉矩限流啟動；在調速階段，采用恒功率充電模式，隨著轉速的升高，輸入電流反比減小，可以減小不平衡磁拉力對轉子穩定性的影響，恒功率充電以系統能承受的最大功率P*為加速度功率；當速度達到穩態時，希望有較高的穩態精度，采用PI控制。22 飛輪放電控制 在飛輪放電過程中，電機運行于制動狀態，隨著轉速的降低，電壓也隨之降低。為了得到恒定的直流母線電壓，采用電機回饋制動的半橋調制方式。 各臺并聯飛輪屬于同一規格，電氣參數基本一致；前后兩次電壓暫降間隔足以讓所有飛輪轉速都上升到額定轉速，故功率和儲能量相等；為了減少系統損耗，每次放電時投入運行的飛輪個數應盡可能少。飛輪放電控制的關鍵點是如何計算放電的飛輪臺數以及每臺飛輪的輸出電流指令值。 各臺飛輪的充放電次數為：T1T2，TN，則放電控制策略如下： 1)按照充放電次數由少到多依次給各臺飛輪排序，如充放電次數相同，則轉速高者序列號小。 2)根據式(1)確定進入放電狀態的飛輪臺數m。 式中，Pmaxi為i臺飛輪的最大輸出功率；P*是需要輸出的功率指令值。 3)當P*Pmax1，輸出功率指令值超出任意一臺飛輪儲能單元的最大輸出功率。因此，需多臺飛輪進入放電狀態，FESU1至FESUm-1的輸出電流指令值為：，FESUm的輸出電流指令值為。 隨著能量的釋放，飛輪轉速下降，故儲能量和輸出功率隨之減小，當原有投入放電的飛輪不能滿足負載需求時，投入放電的飛輪臺數以及各臺飛輪的輸出電流指令值需重新計算。 將之前進入放電狀態的飛輪的序列號都增加1，然后返回1)重新計算。當電網電壓恢復正常時，投入放電狀態的飛輪的充放電次數都增加1。由上述分析可得飛輪放電的控制框圖如圖2所示。23 DVR變換器的控制 補償電壓的輸出需同時實現兩個目標：高動態響應速度和高穩定精度。前饋控制可以顯著提高系統的動態響應速度，縮短補償電壓發出的時間。反饋控制可以提高系統的穩定裕度。因此，采用由前饋控制、電壓瞬時值和濾波電容電流瞬時值反饋控制構成的復合控制策略。24 變換器A的控制 變換器A的控制目的是控制直流母線電壓恒定的同時，實現交流側輸入電流的正弦化且與電網電壓同相位。 變換器在abe三相靜止坐標系下的方程為： 式中，L為與電網相連的濾波電感的電感值，將功率開關管損耗等效電阻同濾波電感等效電阻合并為R，usa、usb、usc為電網三相電壓，ia、ib、ic為變換器交流側三相電流，ea、eb、ec為變換器輸出的三相電壓。 通過坐標變換將該數學模型轉換至同步旋轉坐標系中，變換器在同步旋轉坐標系下的數學模型為： 式中，ud、uq為三相電網電壓在同步旋轉坐標系下的投影；id、iq為變換器交流側三相電流在同步旋轉坐標系下的投影。 選取同步旋轉坐標系的d軸與電網a相電壓矢量重合，則uq=O，式(3)可進一步簡化為： 這說明當電網電壓穩定時，控制了變換器d軸電流即控制了輸入的有功功率；控制了變換器q軸電流即控制了輸入的無功功率。若要實現單位功率因數控制，即輸入的無功功率為零，只要令變換器q軸電流設定值即可。 由式(4)可知，該數學模型存在交叉耦合項，因而給控制器設計造成一定難度。為此，采用前饋解耦控制策略，當電流調節器采用PI控制器時，則uid和uiq的控制方程如下： 式中，Kp、Ki為電流內環比例系數和積分系數；為電流指令值。 將式(5)代人式(4)，并化簡得： 式(6)實現了電流內環的解耦控制。由上述分析可得變換器A的控制框圖如圖3所示。3、 仿真結果 針對提出的拓撲結構和控制策略，利用MatlabSimulink進行仿真研究。系統主要參數如表2所示。其中，FESA由2臺FESU并聯組成。31 飛輪充電狀態 圖4是飛輪充電時變換器A交流側的電壓和電流波形，由圖4中可以看出電流與電壓同相，實現了電流對電壓功率因數控制。圖5是飛輪充電過程中，電機A相電流波形。相電流波形為方波，在換相過程中，相電流有一定的波動。32 淺度電壓暫降補償狀態 在淺度電壓暫降補償狀態時，能量由變換器A提供。圖6給出了電壓暫降時的動態補償波形，由圖6可以看出系統補償動態響應速度快，同時具有良好的穩定性和跟蹤性能。33 深度電壓暫降補償狀態 在深度電壓暫降補償狀態時，能量由飛輪提供。圖7給出了動態補償波形。圖8和