摘要：本文基于飞轮储能系统和双向DC/DC都是能量双向流动的特点，提出一种基于双向DC/DC的飞轮储能系统控制策略，包括充电时的恒流、恒压、转速闭环复合控制策略和放电时的二自由度PI控制策略，给出飞轮储能系统组成结构及控制框图。仿真和实验结果表明，所提基于双向DC/DC的飞轮储能系统控制策略在充电方面解决了传统控制策略的局限性，控制灵活；在放电方面具有更好的抗负载千扰和目标值跟随能力。

      随着社会的发展、环境的日趋恶化，传统能源日益匾乏，这大大促进了新能源技术的发展，然而当今的新能源如风能、太阳能发电等普遍存在间歇性、波动性等问题，而储能技术能在很大程度上解决这些问题，也极大地刺激了储能技术的发展。目前，全球储能技术主要分为化学储能、电磁储能和物理储能。飞轮储能作为物理储能的一种，由于其效率高、使用寿命长、高储能、建设周期短、无污染、几乎无限充放电等优点得到越来越广泛的应用，其充放电的控制策略也越加受人们关注。
    在充电时使用单一恒转矩控制，使系统的多余能量不能得到充分利用；提出了低速恒转矩、高速恒功率相复合的控制方式，但都没有与飞轮电机工作模式相结合，特别是恒转矩控制段缺乏一定的独立控制的灵活性；提出的传统PID算法控制策略由于飞轮储能电机的非线性和变参数特性很难取得较好的效果；提出的模糊自适应SNPID控制策略控制能使飞轮系统充电过程稳定，鲁棒性强，但它只从飞轮储能系统充电方面进行考虑；提出的Id=0加PI闭环的复合控制策略，它不能保持在全功率输出下，飞轮储能系统直流母线电压的稳定。本文基于飞轮储能系统能量双向流动的特性，提出一种基于双向DC/DC的飞轮储能系统控制策略，大大简化了电路的结构，并且所提出的充电恒流、恒压、PI复合控制策略满足飞轮充电时的工作要求，且控制效果好；所提放电二自由度PI控制策略具有良好的目标值跟随和抗负载干扰的能力，能够保持母线电压的稳定。

    1 飞轮储能系统组成及原理
    飞轮储能作为机械储能的一种，由于其清洁、安装方便等优点在当今社会得到越来越广泛的关注，它以高速旋转的飞轮作为机械能的储存介质，利用电力电子设备实现电能与机械能之间的相互转换。飞轮储能系统主要由高速飞轮、电动／发电机、轴承支承系统、功率电子变换器、电子控制设备以及附加设备等组成，是一种积木式的集成系统。飞轮储能系统一般用于交流微网中，在直流微网中的应用还较少。文中飞轮储能系统结构如图1所示，它主要由直流母线、双向DC/DC、 BLDCM驱动电路、电机驱动、飞轮转子构成，其中，BLDCM的驱动采用传统的全桥驱动方式，电机转子的位置信号通过霍尔元件的测量得到，以此来控制开关管的两两导通。

                         
    2 充电控制
    飞轮储能系统的充电控制采用双向DC/DC恒流、恒压、转速闭环相结合的复合控制策略，其核心是分别控制驱动电机的转矩电流z。和激磁电流Id，同时采用转速闭环调节使其具有良好的线性特性，其控制框图如图2所示。

    飞轮储能系统的充电过程包括加速阶段和转速保持阶段，一般需考虑指标：系统充电所需时间、电机电流最大值、充电功率。对飞轮储能系统充电过程的控制可以等效地看成对电机的调速控制，即电机启动时，通过双向DC/DC使其保持恒流充电，此时激磁电流Id=0，转矩电流iq为一定值，使电机完成升速达到最低工作转速；然后采取恒压充电，此时激磁电流Id < 0，转矩电流z。减小，进一步促使电机升速达到额定转速，此时其输出转矩减少；最后采取转速闭环调节，使其保持额定转速工作。传统复合控制策略与双向DC/DC复合控制策略比较，如图3、图4所示，传统复合控制策略在电机达到其最小工作转速前一直保持最大恒转矩控制，容易造成电机发热，不利于系统的安全运行。相比之下，本文提出的双向DC/DC复合控制策略能更加灵活地根据电机特性控制电机的升速快慢，图5为新型充电复合控制策略。

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