歐陽玉蘭

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司黃石供電公司，湖北黃石435100）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，電力供應問題日益凸顯：（1）系統(tǒng)裝機容量難以滿足峰值負荷需求；（2）在進行遠距離、大容量輸送電能時，電力系統(tǒng)的安全問題日益突出；（3）大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)，對系統(tǒng)造成了諧波，電壓、頻率、功率波動等受到影響[1-2]。

儲能技術(shù)的發(fā)展為解決上述問題提供了有效途徑。儲能系統(tǒng)可以有效地實現(xiàn)需求側(cè)管理，其不僅可以提高電力設(shè)備利用率，降低供電成本，還可以促進可再生能源的利用，同時也是提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、補償負荷波動的一種手段[3]。儲能技術(shù)主要分為物理、化學、電磁三大類型，包括抽水蓄能儲能、飛輪儲能、電池儲能、超導儲能等[3]。其中，飛輪儲能系統(tǒng)可以利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪將能量以動能的形式儲存起來，當能量緊急缺乏或有需要時，飛輪減速運行，將存儲的能量釋放出來[4]，具有高效率、無污染、壽命長等特點。

1 仿真軟件DIgSILENT

電力系統(tǒng)仿真軟件DIgSILENT全稱為DIgital SImuLation and Electrical NeTwok，最早于1976年投入使用，自1993年開始，全面引入面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫概念，并對算法和元件模型進行了較大改進，允許用戶在單一的數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建詳盡的電力系統(tǒng)元件模型，包括穩(wěn)態(tài)、時域、頻域等計算用的一系列參數(shù)。其還擁有較為全面的電力系統(tǒng)元件模型庫，包括同步電機、異步電機、逆變器、負荷、線路、變壓器模型等，以及上述元件在諧波情況下的模型。同時，用戶還可以利用軟件中的DPL、DSL編程語言，實現(xiàn)用戶自定義的模型和計算等功能，具有較大的靈活性。

軟件主要功能包括[5]：（1）交直流潮流計算；（2）故障分析；（3）動態(tài)仿真；（4）保護功能；（5）諧波分析；（6）可靠性計算；（7）經(jīng)濟調(diào)度。

2 飛輪儲能系統(tǒng)建模

2.1 飛輪儲能系統(tǒng)模型

飛輪儲能系統(tǒng)主要由四部分組成[6]：（1）儲存能量用的飛輪轉(zhuǎn)子；（2）支撐轉(zhuǎn)子的軸承系統(tǒng)；（3）負責轉(zhuǎn)換能量和功率的異步電機；（4）電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)AC-DC-AC。將飛輪等效為電機軸上的一個轉(zhuǎn)動慣量負載T。

根據(jù)力學的一般原理可知，以角速度ω旋轉(zhuǎn)的飛輪可儲存的能量為：

不平衡轉(zhuǎn)動力矩T是飛輪轉(zhuǎn)速改變的根本原因，關(guān)系如式（2）所示：

當轉(zhuǎn)矩T的方向與飛輪的方向一致時，飛輪受到正向不平衡轉(zhuǎn)矩的作用而加速，將能量轉(zhuǎn)化為飛輪的動能儲存起來。反之，當T與飛輪的轉(zhuǎn)動方向相反時，飛輪受到反向不平衡轉(zhuǎn)矩的作用而減速，將動能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量。

異步電機模型采用DIgSILENT元件庫中的Asynchronous machine模型，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的變流器采用庫中的PWM Converter模型，F(xiàn)ESS拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 FESS拓撲結(jié)構(gòu)

2.2 控制策略

2.2.1 并網(wǎng)側(cè)DC/AC控制策略

d-q坐標系下電網(wǎng)側(cè)控制器的電壓方程為：

式中：ud、uq為控制器控制電壓d、q軸分量；ugd、ugq為并網(wǎng)側(cè)電壓d、q軸分量。

由此可見，通過控制d、q軸電流分量，能夠?qū)崿F(xiàn)有功、無功的解耦控制，而對電流分量可進行閉環(huán)PI調(diào)節(jié)。在DIgSILENT平臺中，PWM Converter模型帶有自動生成PWM波的功能，用戶用DSL語言編寫控制模塊控制該變流器時，只需將調(diào)制因數(shù)Pmr、Pmi的信號輸出給Converter元件即可。

2.2.2 電機側(cè)AC/DC控制策略

電機側(cè)變流器采用磁場矢量控制，電氣方程如下：

式中：PIM為異步電機功率；Te為電磁功率；ω為角速度；p為極對數(shù)；Lr為轉(zhuǎn)子自感；M為互感；ψ為磁鏈；isq為轉(zhuǎn)子q軸電流?？傻玫饺缦孪盗泄剑?/p>

參考磁鏈Reference flux：

式中：PIMr為異步電機額定功率；isqmax為異步電機定子q軸最大電流。

磁鏈估算Flux estimator：

參考力矩Reference torque：

電子電流d軸分量isqrefcomputer：

電機側(cè)AC/DC控制器框圖如圖2所示。

圖2 電機側(cè)AC/DC控制器

3 結(jié)語

本文通過飛輪儲能建?？煽闯?，DIgSILENT有逆變器的模塊，無需像PSCAD一樣建立三相橋式逆變電路，也無需建立PWM波生成模塊控制各個開關(guān)器件的關(guān)斷，節(jié)省了用戶的工作量。因此，DIgSILENT在FACTS建模方面具有獨特的優(yōu)勢。