含飞轮储能微网的新型频率控制

颜玉玲，梅容芳，黄余，黄白涛

（1.宜宾职业技术学院电气信息系，四川宜宾，644004；2.新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京 102206）

目前，储能系统已广泛应用于微电网中。微电网中最重要的储能系统有电池储能系统（battery energy storage system，BESS）、超级电容（super capacitor，SC）和飞轮储能（flywheel energy storage system，FESS）[1]。BESS可以存储和提供大量的能量，但由于内部的化学过程，其斜坡率受到限制[2]。SC也可以存储和提供大量的电能，但其储能容量较低。FESS的斜坡率大于BESS[3]而小于SC，而储能容量大于SC而小于BESS。此外，与BESS不同，FESS的寿命很长，因此完全适用于微电网的频率变化补偿[4]。近年来，大规模无轴设计的FESS大大提高了FESS的容量。如文献[5]中提出了一种低速无轴无轮毂大规模FESS，其能量和功率分别为100 kW·h和100 kW。此外，基于永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）的高速FESS设计也引起了众多研究者的关注。

目前，许多研究工作都集中在FESS的应用上，其中大部分是用于实现风力涡轮机和光伏（photovoltaic，PV）等可再生资源的输出功率平滑[6]。FESS可以补偿它们的输出功率波动。文献[7]引入了飞轮储能矩阵系统来平滑风电场输出功率。该协调控制策略的目标是多个FESS单元的协同控制，以产生一个参考功率值。PMSM和感应式电机（induction motor，IM）是FESS中常用的电机。此外，其他一些研究人员也将开关磁阻电机（switched-reluctance motor，SRM）归为常用类型电机[8]。基于IM的FESS是一种低成本的解决方案，但其控制系统比基于PMSM的控制系统复杂。文献[9-10]分别提出了基于IM的FESS风力平滑的磁场定向控制（field-oriented control，FOC）和直接转矩控制（direct torque control，DTC）方法。文献[11]提出了基于小波模糊神经网络的风力发电机扰动平滑控制方法。……