飞轮储能系统控制方法、装置、程序、介质、设备及系统与流程

本发明涉及飞轮储能系统控制的，具体涉及飞轮储能系统控制方法、装置、程序、介质、设备及系统。

背景技术：

1、轮储能系统又叫飞轮电池，其利用高速旋转的飞轮来存储能量，能实现机械能与电能的转换。飞轮储能变流器系统主要包括机侧变流器和网侧变流器。机侧变流器(motorside converter)又称msc变流器，网侧变流器(grid side converter)又称gsc变流器。msc连接高速旋转电机，gsc变流器连接外部交流系统，msc变流器和gsc变流器有各自的控制单元，接受来自上级控制系统的指令，msc变流器和gsc变流器主电路上通过直流母线连接，msc变流器和gsc变流器之间无直连通信接口，系统简单。飞轮储能系统的工作模式主要有两种：充电和放电。充电时，msc变流器控制电机提高转速，将外部电能转换成飞轮的机械能；放电时，msc变流器控制电机转速下降，将机械能转换成电能输出。

2、常规的稳态控制方法有两种。方案一是gsc变流器控制直流电压，msc变流器控制充放电功率。方案二是gsc变流器控制功率，msc变流器控制直流电压。但是采用方案二由于在低速msc变流器的充放电功率较小，不适合用来低速充放电过程，只适合用来工作在中高速的充放电过程,在低速时和切换到gsc变流器控制直流电压的工作模式；采用方案一在整个高低速过程中可以不切换控制模式，当低速时给定功率过大而msc变流器能力不足时按照变流器能力输出即可。

3、飞轮储能系统作为并网设备，需要具备电网故障穿越能力，当网压跌落时，飞轮变流器不能异常停机。另外，高速旋转的飞轮一般采用磁悬浮控制，长时待机磁悬浮供电有时需由变流器直流母线提供。因此，维持直流电压的稳定非常重要。gsc变流器控制直流电压的稳定、msc变流器按照指令控制功率输出是一种常规的控制模式，但是这种模型下很容易因为外部交流网压的波动、gsc变流器的故障等原因造成变流器停机及直流电压的波动。

4、相应地，本领域需要提供一种能够在电网故障穿越、gsc变流器停机等工况下实现直流电压的稳定控制方法。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述现有技术问题，即，在电网故障穿越、gsc变流器停机等工况下实现直流电压的稳定控制。

2、第一方面，本发明提供一种飞轮储能系统控制方法，该方法包括以下步骤：

3、在gsc变流器运行于电压控制模式的情况下，检测交流侧电压是否发生异常，在交流侧电压发生异常时对所述飞轮储能系统的输出功率进行限制；

4、在msc变流器运行于功率控制模式的情况下，控制所述飞轮储能系统按照接收到的功率指令所指定的输出功率运行，并检测直流电压是否发生异常，在直流电压发生异常的情况下将所述msc变流器切换为电压控制模式，将直流电压控制在目标直流电压值和对所述飞轮储能系统的输出功率进行限制。

5、优选的，在所述gsc变流器接收起机指令后起机并运行于电压控制模式的情况下，控制直流电压稳定在第一电压v1和第二电压v2之间，v1<v2。

6、优选的，所述在交流侧电压发生异常时对所述飞轮储能系统的输出功率进行限制，包括：

7、控制所述飞轮储能系统输出功率的绝对值不超过第一功率限制值。

8、优选的，还包括：当所述交流侧电压从异常恢复到正常时，取消对所述飞轮储能系统的输出功率的限制。

9、优选的，所述检测直流电压是否发生异常，包括：

10、在所述直流电压小于第三电压v3，或者所述直流电压大于第五电压v5时，直流电压发生异常；

11、所述将直流电压控制在目标直流电压值和对所述飞轮储能系统的输出功率进行限制，包括：

12、将直流电压控制在目标直流电压值v7，并控制所述飞轮储能系统输出功率的绝对值不超过第二功率限制值；

13、其中，所述第二功率限制值大于在交流侧电压发生异常时对所述飞轮储能系统的输出功率进行限制所采用的第一功率限制值，v3<v1，v2<v5，v2<v7<v5。

14、优选的，还包括：所述直流电压连续一段时间位于v4和v6之间时，则所述直流电压从异常恢复到正常，控制所述msc变流器重新切换为功率控制模式，其中，v3<v4<v1，v2<v6<v7。

15、第二方面，本发明提供一种飞轮储能系统控制装置，该装置包括：

16、gsc控制单元，用于在gsc变流器运行于电压控制模式的情况下，检测交流侧电压是否发生异常，在交流侧电压发生异常时对所述飞轮储能系统的输出功率进行限制；

17、msc控制单元，在msc变流器运行于功率控制模式的情况下，控制所述飞轮储能系统按照接收到的功率指令所指定的输出功率运行，并检测直流电压是否发生异常，在直流电压发生异常的情况下将所述msc变流器切换为电压控制模式，将直流电压控制在目标直流电压值和对所述飞轮储能系统的输出功率进行限制。

18、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有程序，所述程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如前述的方法。

19、第四方面，本发明提供一种电子设备，该电子设备包括存储器和所述存储器通信连接的处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如前述的方法。

20、第五方面，本发明提供一种飞轮储能系统，该系统包括：

21、上级控制系统，用于发出起机指令和功率指令；

22、如第四方面所述的电子设备，所述电子设备与所述上级控制系统通信连接并接收所述起机指令和所述功率指令。

23、本发明具有以下有益效果：

24、当交流侧电压发生了电压跌落时，gsc变流器会由于检测到交流电压跌落从而限制飞轮储能系统的输出功率，如果此时msc变流器以较大功率充电，就会由于gsc变流器不能提供足够功率从而导致直流电压降低，msc变流器会由于检测到直流电压过低从而进入到电压控制模式，由于msc变流器的功率限制值大于gsc变流器，因此直流电压会被稳定到msc变流器的控制目标值；当交流电压恢复正常时，gsc变流器取消对飞轮储能系统输出功率的限制，但此时msc变流器的输出功率值有限制，因此gsc变流器的控制能力大于msc变流器，直流电压会回到gsc变流器的控制目标值，经过一段时间的直流电压延时判断后，msc变流器会重新回到功率控制模式中，重新接收上级控制系统的功率指令。

25、交流侧电压发生故障时，通过采用gsc变流器限功率运行、msc变流器切换到直流电压模式的办法，能快速稳定直流电压。如果交流侧电压恢复，通过控制模式的切换又能回到常规控制模式下，如果交流侧电压发生了严重故障无法短时恢复，那么msc变流器就持续运行在电压控制模式下，并不会发生停机故障。

技术特征：

1.一种飞轮储能系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的飞轮储能系统控制方法，其特征在于，在所述gsc变流器接收起机指令后起机并运行于电压控制模式的情况下，控制直流电压稳定在第一电压v1和第二电压v2之间，v1<v2。

3.根据权利要求1所述的飞轮储能系统控制方法，其特征在于，所述在交流侧电压发生异常时对所述飞轮储能系统的输出功率进行限制，包括：

4.根据权利要求1所述的飞轮储能系统控制方法，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求2所述的飞轮储能系统控制方法，其特征在于，所述检测直流电压是否发生异常，包括：

6.根据权利要求5所述的飞轮储能系统控制方法，其特征在于，还包括：

7.一种飞轮储能系统控制装置，其特征在于，包括：

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有程序，所述程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至6任一项所述的方法。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和所述存储器通信连接的处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的方法。

10.一种飞轮储能系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及飞轮储能系统控制的技术领域，具体涉及飞轮储能系统控制方法、装置、程序、介质、设备及系统。本发明提供的一种飞轮储能系统控制方法，包括以下步骤：在GSC变流器运行于电压控制模式的情况下，检测交流侧电压是否发生异常，在交流侧电压发生异常时对飞轮储能系统的输出功率进行限制；在MSC变流器运行于功率控制模式的情况下，控制飞轮储能系统按照接收到的功率指令所指定的输出功率运行，并检测直流电压是否发生异常，在直流电压发生异常的情况下将MSC变流器切换为电压控制模式，将直流电压控制在目标直流电压值和对飞轮储能系统的输出功率进行限制。

技术研发人员：张少云,周志宇,何成昭,章达,江海啸,王润和,李嘉,朱抗
受保护的技术使用者：株洲变流技术国家工程研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5