基于飞轮储能系统的微网电能质量控制原理和技术的研究

微网是可再生分布式能源接入电网的有效解决方案，作为智能电网的一个重要组成部分，可以为用户提供高质量的电能。然而微网中分布式电源的间歇和不可控特性、不同分布式电源接入方式所形成的网络结构和运行特点,都使得微网电能质量问题变得更为复杂,成为微网发展中亟待研究的课题及难点。飞轮储能因其储能密度高、响应速度快、寿命长等优点，可实现微网中电压跌落和频率变化的快速补偿和调节，在微网电能质量控制中具有巨大的应用前景。本项目拟构建含飞轮储能系统在内的微网模型，针对不同的微网运行模式，研究其扰动情况下的电能质量问题和特点；研究飞轮储能系统的限流充电，恒压放电控制电路和控制原理及算法，使其达到或接近理想电源特性；研究基于飞轮储能系统的微网电能质量控制原理和算法，快速检测并补偿微网电压跌落和频率偏移，有效地改善微网电能质量。本课题采用国内外领先技术，促进了电力系统、电力电子、机电一体化等多学科的融合与发展。

微电网是可再生分布式能源接入电网的有效解决方案，作为智能电网的重要组成部分，可以为用户提供高质量的电能。然而由于分布式电源的间歇性、随机性，以及多种分布式电源接入微电网所形成的不同网络结构和运行特点，使得微电网电能质量问题变得更为复杂，而其中储能电源的控制是解决其电能质量问题的关键。飞轮储能系统具有功率密度高、响应速度快、运行寿命长等优点，适合用于对微电网中电压波动和频率变化进行快速补偿。课题组研究了微电网和储能系统的建模仿真问题，对微电网发生电能质量问题时暂态运行特性进行了分析；设计并搭建了大功率飞轮储能控制系统实验平台和储能并网逆变实验平台；研究了飞轮储能系统的控制原理和控制算法，提出了包括精确线性化和自抗扰在内的多种非线性控制算法，提高了飞轮储能系统的充放电动态性能；研究并设计了多相并联DC-DC电路，采用主动均流和被动均流技术，保证了各相之间电流的均衡，实现了飞轮储能系统的大功率充放电；研究了微电网频率检测算法和电压动态补偿控制算法；研究了储能系统在抑制直流母线电压波动中的应用，设计了快速补偿算法，实现了对直流母线电压波动的动态调节；研究了恒功率负载对直流微电网运行稳定性的影响，提出了基于储能单元的直流母线电压振荡抑制控制算法；研究了交流微电网中基于多功能逆变器的电能质量控制策略，提出了新的电能质量综合评估模型，利用逆变器的剩余容量实现了PCC电能指标的改善，充分发挥了分布式电源的效能；研究了基于并网逆变器的微电网谐波治理方法，设计了非线性控制器和高阶LCL滤波器，实现了对逆变器输出电流中5/7次谐波和高次谐波的有效抑制；研究了微电网中非计划孤岛对系统电能质量的影响；研究了交流微电网电压质量分区、分层治理问题，优化了分布式电源和储能装置电能质量控制效果，从微电网控制层面提出了多种电压质量控制策略，改善了微电网局部和全局电压质量。本课题对储能系统应用于微电网电能质量治理的关键技术进行了系统研究，研究成果对改善微电网能质量，进一步促进新能源的利用具有重要推动作用。