【摘 要】
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飞轮储能系统由于其高储能密度、高效率、轻污染的优点而越来越受到重视。飞轮储能系统以高速旋转的飞轮为依托,通过电力电子设备实现电能与动能的相互转化,从而在负载调峰、
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飞轮储能系统由于其高储能密度、高效率、轻污染的优点而越来越受到重视。飞轮储能系统以高速旋转的飞轮为依托,通过电力电子设备实现电能与动能的相互转化,从而在负载调峰、功率平抑、不间断电源等多领域都有很好的应用表现。本文重点针对工作于直流母线侧的飞轮储能系统,对其工作原理、构成设备的选型、控制策略进行了理论研究、仿真分析和实验验证。本文选用永磁同步电机作为飞轮驱动电机,通过矢量控制的方式对其发电和电动的工况进行控制。同时,配合PWM整流器实现能量在直流侧与电机侧之间不断流动。充电工况时,直流母线供电,PWM整流器工作在逆变状态,系统采用分段控制的策略驱动永磁同步电机加速运行,带动飞轮储能。放电工况时,飞轮在惯性下缓慢降速,整流出的直流电压也随着电机端电压一起下降,控制系统通过在直流侧进行电压闭环调节,将调制信号送给PWM整流器,保证直流侧电压稳定。这其中的原理是利用了电机电感储存能量,再经由PWM整流器进行升压,实现能量回馈。利用飞轮储能系统的负载调峰能力,本文提出将其应用于石油钻机系统以帮助直流侧设备克服扰动,并结合实际需求设计了相应的控制策略；另外,出于扩大飞轮储能量的需求,本文还对飞轮储能系统的并联运行进行了研究。本文在Matlab中建立了飞轮储能系统的模型,并对上述提到的控制方案及应用进行了仿真与效果对比,验证了控制策略的正确性与控制方案的可行性。最后,设计和搭建了飞轮储能系统实验平台,利用直流电机模拟飞轮进行了充放电实验,对研究成果进行了进一步的论证。
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