飞轮储能系统的控制方法及飞轮储能系统与流程

本技术涉及飞轮储能，尤其涉及一种飞轮储能系统的控制方法及飞轮储能系统。

背景技术：

1、飞轮储能系统具有快速响应和高能量转换效率的特点。通过驱动电机带动飞轮转子加速旋转，可以将电能转化为动能的形式进行存储。通过高速旋转的飞轮带动电机发电，可以将飞轮储能系统存储的动能转化为电能进行释放。

2、在飞轮储能系统的电机中，电机定子内嵌金属绕组，由于绕组天然存在电感参数，在交流电路特性的影响下，电感元件会阻碍回路中交流电流的瞬时变化，使得定子侧的交流电流的相位滞后于定子端电压的相位。

3、由于飞轮储能系统需要频繁进行大功率充放电，在长期大电流工况下，电流相位滞后于电压相位，系统的无功功率占比提升，无功损耗增加，设备发热加剧，并且，电机运行的功率因数降低，有功输出占比降低，飞轮的短时过载输出能力受限，难以充分发挥飞轮毫秒级大功率吞吐能力，影响飞轮储能系统的效率和性能。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种飞轮储能系统的控制方法及飞轮储能系统，以解决绕组电感引起的电流相位滞后的问题，使定子侧的电流相位与定子端的反电动势的相位同步，提高电机运行的功率因数。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种飞轮储能系统的控制方法，包括：

3、获取飞轮中电机定子的定子电流信号，以及光电传感器采集的所述飞轮中电机转子的第一位置监测信号；

4、从所述第一位置监测信号中提取出第一监测相位，从所述定子电流信号中提取出电流相位；

5、根据所述第一监测相位和预设的偏差角，确定所述电机定子的反电动势的第一基准相位；其中，所述偏差角为所述飞轮处于滑行间歇阶段内的反电动势和所述电机转子的第二位置监测信号之间的相位偏差；

6、基于所述第一基准相位和所述电流相位，控制所述电机定子的定子电流，以使所述定子电流的电流相位与所述反电动势的基准相位相同。

7、在一种可能的实现方式中，在获取飞轮中电机定子的定子电流信号，以及光电传感器采集的所述飞轮中电机转子的第一位置监测信号之前，还包括：

8、在所述飞轮处于前一个相邻的滑行间歇阶段时，获取所述飞轮中电机的反电动势信号和所述光电传感器采集的所述电机转子的第二位置监测信号；

9、根据所述反电动势信号和所述第二位置监测信号之间的相位偏差，得到所述偏差角。

10、在一种可能的实现方式中，所述根据所述反电动势信号和所述第二位置监测信号之间的相位偏差，得到所述偏差角，包括：

11、将所述反电动势信号的峰值对应的时刻，确定为第一起始时刻；

12、将所述第二位置监测信号中所述第一起始时刻后的第一个上升沿对应的时刻，确定为第一终止时刻；

13、计算所述第一起始时刻至所述第一终止时刻之间的第一偏差时长；

14、基于所述第一偏差时长和所述第二位置监测信号的周期，确定所述反电动势信号和所述第二位置监测信号之间的相位偏差，得到所述偏差角。

15、在一种可能的实现方式中，在所述基于所述第一偏差时长和所述第二位置监测信号的周期，确定所述反电动势信号和所述第二位置监测信号之间的相位偏差，得到所述偏差角之前，还包括：

16、获取所述第二位置监测信号的周期。

17、在一种可能的实现方式中，在所述获取所述飞轮中电机的反电动势信号和所述光电传感器采集的所述电机转子的第二位置监测信号之前，还包括：

18、获取所述飞轮的充放电指令；

19、根据所述飞轮的充放电指令，确定所述飞轮是否处于充电完成且未启动放电的第一区间，或者所述飞轮是否处于放电完成且未启动充电的第二区间；

20、若所述飞轮处于所述第一区间或所述第二区间，则确定所述飞轮处于滑行间歇阶段。

21、在一种可能的实现方式中，所述基于所述第一基准相位和所述电流相位，控制所述电机定子的定子电流，包括：

22、根据所述第一基准相位和所述电流相位，确定所述定子电流的相位补偿量；

23、基于所述相位补偿量，控制所述电机定子的定子电流。

24、在一种可能的实现方式中，所述电机定子的端子连接逆变器的交流输出端；

25、所述基于所述相位补偿量，控制所述电机定子的定子电流，包括：

26、获取所述逆变器在两相旋转坐标系下的目标调制电压；

27、利用所述相位补偿量对所述目标调制电压进行坐标逆变换，得到静止坐标系下的校正调制电压；

28、基于所述校正调制电压对所述逆变器进行控制，以控制逆变器的交流输出端输出的定子电流。

29、在一种可能的实现方式中，所述利用所述相位补偿量对所述目标调制电压进行坐标逆变换，得到静止坐标系下的校正调制电压，包括：

30、计算所述相位补偿量与所述第一监测相位的和，得到坐标变换角；

31、根据所述坐标变换角，对所述目标调制电压进行坐标逆变换，得到静止坐标系下的校正调制电压。

32、在一种可能的实现方式中，所述从所述定子电流信号中提取出电流相位，包括：

33、将所述第一位置监测信号中一个上升沿对应的时刻，确定为第二起始时刻；

34、将所述定子电流信号中所述第二起始时刻后的第一个峰值对应的时刻，确定为第二终止时刻；

35、计算所述第二起始时刻至所述第二终止时刻之间的第二偏差时长；

36、基于所述第二偏差时长和所述第一位置监测信号的周期，确定所述第一位置监测信号和所述定子电流信号之间的相位偏差，得到电流滞后角；

37、根据所述第一监测相位和所述电流滞后角，确定电流相位。

38、第二方面，本技术实施例提供了一种飞轮储能系统的控制装置，包括：

39、获取模块，用于获取飞轮中电机定子的定子电流信号，以及光电传感器采集的所述飞轮中电机转子的第一位置监测信号；

40、提取模块，用于从所述第一位置监测信号中提取出第一监测相位，从所述定子电流信号中提取出电流相位；

41、确定模块，用于根据所述第一监测相位和预设的偏差角，确定所述电机定子的反电动势的第一基准相位；其中，所述偏差角为所述飞轮处于滑行间歇阶段内的反电动势和所述电机转子的第二位置监测信号之间的相位偏差；

42、控制模块，用于基于所述第一基准相位和所述电流相位，控制所述电机定子的定子电流，以使所述定子电流的电流相位与所述反电动势的基准相位相同。

43、第三方面，本技术实施例提供了一种飞轮储能系统，包括电机、光电传感器、逆变器和控制器，所述电机包括电机转子和电机定子，所述控制器用于实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式中的方法。

44、第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式中的方法。

45、第五方面，本技术实施例提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式中的方法。

46、本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

47、本技术实施例利用飞轮储能电机固有的间歇工作特性，在空载滑行间歇阶段断开功率驱动回路后，定子电流为零，电阻压降与电感压降均为零，定子端电压等效为反电动势，反电动势相位即转子永磁磁链的真实基准角度，通过反电动势相位和电机转子的第二位置监测信号的相位之间的偏差角，建立反电动势和电机转子的位置监测信号之间的关系，获得无误差的相位参照。在飞轮有载运行阶段，从光电传感器采集的飞轮中电机转子的第一位置监测信号中提取出第一监测相位，能够得到电机转子的相位；从电机定子的定子电流信号提取出电流相位，能够得到定子侧交流电流的相位，明确电机转子当前的状态。再通过第一监测相位和预设的偏差角，可以确定出电机定子侧的反电动势的第一基准相位，明确电机的反电动势的相位，以便后续将电流相位与反电动势相位对齐。最后通过反电动势对应的第一基准相位和电流相位，控制电机定子的定子电流，改变定子电流的相位，以使定子电流的电流相位与反电动势的基准相位对齐，进而降低无功功率占比，提升整机功率因数，减少飞轮储能系统中变流器与场站变压器的无功损耗及设备发热，提高电能转换综合效率。同时，在相同定子电流幅值下有功输出占比提升，提高飞轮短时过载输出能力。并且，通过在后续滑行间歇阶段中重复获取并更新偏差角，能够使偏差角随转速、绕组温度和磁链衰减引起的电感参数变化自适应匹配，无需离线参数辨识或人工标定。该方法仅利用飞轮储能系统固有的电压传感器、电流传感器及控制器即可实现，无需额外增加硬件，实现成本低。