用于风电机组并网功率控制的飞轮储能系统研究与仿真

张 海，梅柏杉，崔 韬，魏春雪，陈志华

(1.上海电力学院电力与自动化工程学院，上海 200090;2.山东省阳信电力供电公司电力调度控制中心，山东滨州 251800)

风速的随机性使得风电机组的并网输出功率具有波动性，会影响风电机组输出的电能质量，引起电网频率波动，甚至带来电网不稳定性问题［1－2］，因此风电场输出功率控制成为风电技术的研究重点。

文献［3］提出了结合桨距控制和速度控制的风电场有功功率平滑控制策略，但由于变桨距机构惯性大，反应慢，很难达到理想的效果;文献［4－6］采用增加储能设备的方法，分别利用化学电池、超级电容储能、飞轮储能系统来实现风电能量的缓存，调节并网功率。其中飞轮储能系统因储能密度高，瞬时功率较大，生命周期长，能量转换效率高，对环境友好等特点具有很好的应用前景［7］。

本文选用无刷直流电机作为飞轮的驱动电机，研究了飞轮系统的控制系统，并设计了飞轮储能系统的功率平滑方案，使飞轮储能系统能随着风力发电机功率输出的变化来调整缓存功率，以起到平稳风电场输出功率的目的。

1 引入飞轮储能系统的永磁直驱风电机组基本结构

以永磁直驱风电机组为例，在其直流侧引入飞轮储能系统后，基本电路结构如图1所示。

增加飞轮储能装置后，原双PWM变流器的控制策略维持不变［8］。利用飞轮储能系统的能量缓存作用，可实时调节风电机组向电网输出的功率值。当风电场功率处于波峰时，飞轮加速旋转，将波峰能量以机械能的形式储存在飞轮转盘中;当风电场功率处于波谷时，飞轮转速降低，飞轮转盘储存的能量通过驱动电机和电力转换器回馈电网。……