基于准PR控制的飞轮储能UPS系统

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0235

储能科学与技术 ›› 2020, Vol. 9 ›› Issue (3): 901-909.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2019.0235

基于准PR控制的飞轮储能UPS系统

吕静亮¹(), 姜新建¹, 张信真², 盛爽²

^1. 清华大学电机系，北京 100084
^2. 清华四川能源互联网研究院，四川成都 610000

收稿日期:2019-10-21 修回日期:2019-11-04 出版日期:2020-05-05 发布日期:2019-11-12
通讯作者: 姜新建 E-mail:lvjingliang0310@163.com
作者简介:吕静亮（1988—），男，博士，从事飞轮储能研究，E-mail：lvjingliang0310@163.com；
基金资助:
国家重点研发计划项目(2018YFB0905500)

A FESS UPS based on quasi-PR control method

LYU Jingliang¹(), JIANG Xinjian¹, ZHANG Xinzhen², SHENG Shuang²

^1. Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
^2. Sichuan Energy Internet Research Institute, Tsinghua University, Chengdu 610000, Sichuan, China

Received:2019-10-21 Revised:2019-11-04 Online:2020-05-05 Published:2019-11-12
Contact: Xinjian JIANG E-mail:lvjingliang0310@163.com

摘要/Abstract

摘要：

UPS系统在电网故障情况下为电能质量敏感设备和重要场所提供了必要的电力供应。飞轮储能方式与蓄电池储能相比，具有效率高、维护成本低和无污染等优势。UPS系统按拓扑可分为在线双变换式、在线交互式和后备式三种，后备式与两种在线式相比具有结构简单、成本低和效率高的优势，但是响应速度较慢。本工作提出了一种基于准PR控制方法的飞轮储能UPS系统及其控制策略，该系统采用可控硅作为转换开关，采用准比例谐振控制与矢量控制相结合的控制策略，使该UPS克服传统后备式UPS响应慢的缺点，具有较高的动态和稳态供电性能。给出了该UPS系统工作机制、准比例谐振控制方法以及网侧和机侧矢量控制策略，通过仿真和实验证明了该系统具有良好的动态响应能力和较高的供电质量。

关键词: 飞轮储能, UPS, 准比例谐振控制, 矢量控制

Abstract:

A UPS system provides the requisite power for sensitive equipment. The performance of a UPS is dominated by its storage medium and power control. The flywheel energy-storage system (FESS) is more efficient, incurs lower maintenance costs, and is non-polluting than chemical batteries. There are three types of UPS configurations: on-line, off-line, and line-interactive. The off-line configuration has a simpler topology, lower cost, and higher efficiency than the line-interactive configuration, but it is disadvantaged by low dynamic response. This paper proposes an FESS UPS based on a quasi-proportional resonance (quasi-PR) control method with a SCR switch. Combined with quasi-PR and vector controls, the proposed UPS overcomes the shortcomings of the traditional off-line type, achieving both high dynamic response and high power quality. This paper presents the operation mechanism, quasi-PR control, and vector control at the motor/grid side. The good response and high power quality of the proposed UPS are validated in simulations and experiments.

Key words: FESS, UPS, quasi proportional resonance control, vector control

中图分类号:

TM 919

吕静亮, 姜新建, 张信真, 盛爽. 基于准PR控制的飞轮储能UPS系统[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(3): 901-909.

LYU Jingliang, JIANG Xinjian, ZHANG Xinzhen, SHENG Shuang. A FESS UPS based on quasi-PR control method[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(3): 901-909.

图/表 14

图1

图 2

图 3

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表2

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表3

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参考文献 15

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名称	参数	数值
电网	线电压U _ab_rms	380 V
电网	输入电抗器L _x	0.2 mH
负载	线性平衡负载	300 kW
	线性不平衡负载	200 kW
	非线性负载	200 kW
PMSM	ω _max	6000 r/min
	ω _min	3000 r/min
	转动惯量J	0.1 kg·m²

时间节点/s	动作
t=0	电网正常为负载供电
t=0.1	电网跌落至0.4 p.u.
t=0.1001	转换开关断开，UPS开始放电
t=0.32	电网恢复正常
t=0.3201	转换开关闭合，UPS开始充电

项目	数据
工作转速	3000～6000 r/min
额定功率	300 kW
放电时间	20 s
电机极对数	2
稳态电压调整率	±1%
瞬态电压调整率	-15%，+20%

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