【科技动态】国内外飞轮储能最新研究进展

由于光伏和风能在电力供应中所占的份额越来越大，导致传统发电厂的同步发电机被可再生能源的变流器所取代。为了使电网在减小同步发电机惯性的情况下稳定运行，需要更换同步发电机的惯性响应。提出了一种新型大功率飞轮储能系统(FESS)。它具有动态有功和无功控制的功能，可以稳定电网频率和电压。通过使用双馈感应发电机(DFIG)和模块化多电平矩阵变换器(M3C)， 100 MVA的高功率能够稳定大电网区域。

本文提出了一种大功率飞轮储能系统，并利用DFIG和M3C对其进行控制，以达到稳定电网电压和频率的目的。提出了一种为电网提供所需有功和无功功率的通用控制结构。此外，作者详细分析了由机器的几何形状引起的谐波电流，并提出了一种新的控制方法，通过使用谐振控制器来最小化DFIG的绕组和槽谐波。该算法在一个缩小的试验机上进行了验证。（编译：徐帆，胡东旭 INESA）

目前飞轮储能系统普遍采用永磁同步电机作为驱动电机，所以对于飞轮储能系统的控制策略主要以永磁同步电机的驱动控制为主。多数飞轮储能案例中都是采用背靠背变换器作为飞轮储能系统中的双向功率变换器。在结构上，背靠背变换器中间具有直流环节及体积庞大的电解电容，增加了变换器的体积，而且直流环节电解电容维护需求高，寿命较短。在控制上，需要对直流电压进行控制，以保证飞轮储能系统功率的稳定输出。矩阵变换器作为一种直接交-交变换器，与背靠背变换器相比，不需要直流环节及电解电容。基于矩阵变换器的飞轮储能系统有望实现更高的效率、更小的体积和更长的使用寿命。

本文采用矩阵变换器作为飞轮储能系统的双向功率变换器，该结构无需直流环节及电解电容，飞轮储能系统可与电网直接进行能量交换，减少能量损耗。在分析工作范围的基础上，研究基于矩阵变换器的飞轮储能系统的模型预测控制，采用功率外环，电流预测控制内环的方式实现对飞轮储能系统的充放电控制。Matlab/Simulink 仿真结果验证了理论分析与控制策略的正确性和可行性。（编译：王继平，胡东旭 INESA）