飞轮及柴油发电混合储能系统应用于微网的仿真研究.pdf

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1、第30卷第3期电工电能新技术Vol．30，No．32011年7月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyJuly2011飞轮及柴油发电混合储能系统应用于微网的仿真研究112黄宇淇，董琴，诸嘉惠(1．福州电业局，福建福州350009;2．中国电力科学研究院，北京100192)摘要:性能及维护上的固有缺陷使蓄电池储能这种方式难以满足未来智能微网对储能系统的要求。本文利用飞轮储能系统具有无限次数的大功率充放电和柴油发电机组低成本、持续发电的特性，将飞轮及柴油发电混合储能系统

2、应用于微网中;当微网正常并网运行时，通过控制飞轮储能系统及并网逆变器，可稳定网侧输入功率，起到平抑微型电源功率和负荷波动的作用;在主电网永久故障时，飞轮储能系统向微网短时提供大量功率，同时启动柴油发电机组，待其稳定运行后并入微网。理论分析及仿真实验表明，在微网中应用飞轮及柴油发电混合储能系统是经济的、高效的，可有效提高微网抗灾变能力，提高供电可靠性。关键词:微网;飞轮储能;柴油发电机;抗灾变;供电可靠性中图分类号:TM727;TM91文献标识码:A文章编号:1003-3076(2011)03-0032-06储能系统提供后备电源

3、的方案，大大降低了建设成引言本。在大型风场，蓄电池和柴油发电机也被应用于微网是采用微型电源为区域内用户供热和供电平抑风场波动的输出功率。但由于蓄电池存在大电的系统。它的主要特征是:配有储能装置，使用电力流充放电能力差，寿命短，充放电循环次数有限，维［12］电子装置进行能量调节，分布式微型电源利用一次护成本高等缺点，这种混合储能系统应用于需要［1-3］能源。由于广泛采用风力发电、光伏电池等随频繁充放电电力领域的效果不佳。机性大的分布式发电技术，为平稳控制配电网输入飞轮储能代替蓄电池，与柴油发电机组成混合功率，提升电能质量，需要在

4、微网内安装可频繁充放系统是较理想的储能方案。本文讨论飞轮和柴油发电的储能装置平抑功率波动，并在微型电源退出运电机混合储能系统在微网中的应用，以采用风力发行后为敏感负荷提供后备电源。因此，储能技术是电微型电源的微网为例，建立微网的仿真模型，通过［4］微网的核心技术之一。仿真研究微网抗外部电网故障的能力。近年来，一些新型的储能元件，如飞轮储能和超1飞轮储能系统级电容得到了迅速的发展。特别是飞轮储能系统，可靠性高，现有的产品寿命可长达20年;可频繁充飞轮储能是一种存储惯性机械能的蓄能技术，放电;维护性佳。近年来随着新型复合材料的发展

5、，一次充放电循环的时间以分钟计。飞轮储能主电路飞轮储能系统的可靠性及性能均有了大幅度的提拓扑如图1所示，由电机、飞轮转子、辅助运行系统升，而价格则大幅度下降，在分布式发电、国防、卫(如水冷、真空泵等，图中略)，电力电子变流器(S1［5-9］星、电力系统方面均有应用。然而，单一的储能－S6)、升降压电路构成，其工作原理如下:元件仍很难同时满足大功率频繁充放电，储能密度(a)飞轮储能系统启动及充电高的要求。飞轮储能启动时，反电动势尚未建立，引入降压采用多种储能装置组成混合储能系统是可行的斩波电路的目的是使飞轮平稳启动。S7关断，当

6、S8［10，11］、S、L方案。近年来，在大型商业中心、银行、通讯公导通时，C181及C2形成回路，电容C2充电;当司，已广泛地采用了蓄电池和柴油发电机组成混合S8关断时，L1、C2及S7的反并联二极管形成续流回收稿日期:2010-08-25作者简介:黄宇淇(1981-)，男，福建籍，工程师，博士，主要研究方向:配网自动化、电能质量及储能技术。第3期黄宇淇，等:飞轮及柴油发电混合储能系统应用于微网的仿真研究33路。控制功率器件S8PWM的占空比，可将电容C2问题容易治理。的电压U2维持在设定值。在飞轮启动时，U2较小，本文采用

7、直流微网的拓扑结构，如图2所示，主随着飞轮转速的提升，逐渐抬高U2，直至S8恒通，要包括:电网、配变、分布式电源、飞轮储能系统、负此时U1=U2。荷、电力电子开关SB1(或称为并网断路器)、并网逆变器、柴油发电机组及开关(SB2-SB5)等。在未获得电力公司入网许可前，还需在配变低压侧安装潮流控制器，防止微网向电网倒送电。电网正常供电时，SB1合，微网与电网并网运行;SB5分，柴油发电机未启动。电网发生故障后，控制器检测到微网处于孤岛运行状态，应立即断开图1飞轮储能系统SB1。若并网断路器SB1未分开，则将形成电力公Fig．1

8、Flywheelenergystoragesystem司无法控制的局部供电网络，使线路上仍然带电，威胁设备和检修人员的安全。微网孤岛检测算法要求(b)飞轮储能系统放电可靠性高，检测速度快，按IEEE2009-929/UL1741波动的直流母线电压会恶化系统的控制性能，标准严格