飞轮储能系统：机侧与网侧变流器及控制的Matlab/Simulink仿真模型

最新推荐文章于 2025-11-27 11:15:00 发布

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飞轮储能背靠背变流器充放电控制并网控制 matlab/simulink仿真模型包括机侧和网侧变流器及其控制，飞轮采用PMSM，直流母线电压很稳，波形已调试好可直接运行

飞轮储能系统作为一种高效、快速响应的储能技术，近年来受到了广泛关注。其核心在于通过高速旋转的飞轮储存机械能，并通过变流器将其转换为电能。今天，我将分享一下自己在飞轮储能系统仿真建模中的一些经验和心得，特别是关于背靠背变流器的控制策略和仿真模型的搭建。

1. 飞轮储能系统概述

飞轮储能系统主要由飞轮本体、背靠背变流器、控制系统以及能量管理系统组成。其中，背靠背变流器是连接飞轮和电网的关键设备，负责实现能量的双向流动。飞轮通常采用永磁同步电机（PMSM）作为驱动和发电装置，具有高效、响应快等优点。

在系统运行过程中，飞轮通过变流器吸收电网的能量，将其转化为机械能储存起来；当需要释放能量时，飞轮则通过变流器将机械能转换为电能，回馈给电网。整个系统的核心在于对变流器的精确控制，以确保能量的高效转换和系统的稳定运行。

2. 背靠背变流器的结构与控制

背靠背变流器由机侧变流器和网侧变流器两部分组成。机侧变流器负责与飞轮本体进行能量交换，而网侧变流器则负责与电网进行能量交换。两部分变流器通过直流母线连接，直流母线电压的稳定性直接影响整个系统的性能。

在控制方面，机侧变流器通常采用矢量控制策略，以实现对飞轮转速的精确调节；网侧变流器则采用功率因数校正（PFC）控制策略，以实现与电网的高效能量交换。以下是机侧变流器的控制算法示例：

% 机侧变流器矢量控制算法
function [id_ref, iq_ref] = machine_side_control(flywheel_speed, load_torque)
    % 参数初始化
    Kp = 0.5;  % 比例系数
    Ki = 0.1;  % 积分系数
    
    % 转速误差计算
    speed_error = flywheel_speed_ref - flywheel_speed;
    
    % 转矩调节器
    torque_ref = Kp * speed_error + Ki * integral(speed_error);
    
    % 电流参考计算
    id_ref = (load_torque - torque_ref) / (2 * pi * f0);
    iq_ref = torque_ref / (2 * pi * f0);
end

3. 充放电控制策略

飞轮储能系统的充放电控制是系统运行的关键环节。在充电过程中，系统需要将电网的电能转化为飞轮的机械能；在放电过程中，则需要将飞轮的机械能转化为电能回馈给电网。

为了实现高效的充放电控制，通常采用基于状态的控制策略。以下是充放电控制的逻辑示例：

% 充放电控制逻辑
function control_mode = charge_discharge_control(battery_SOC, grid_power)
    % 参数初始化
    SOC_low = 0.2;  % 低电量阈值
    SOC_high = 0.8; % 高电量阈值
    
    if battery_SOC < SOC_low
        control_mode = 'charge';
    elseif battery_SOC > SOC_high
        control_mode = 'discharge';
    else
        control_mode = 'balance';
    end
end

4. 并网控制策略

并网控制是飞轮储能系统与电网交互的核心环节。为了确保系统的稳定运行，通常采用同步锁相环（PLL）技术实现与电网的同步。以下是并网控制的示例：

% 并网控制算法
function [voltage_ref, current_ref] = grid_sync_control(grid_voltage, grid_frequency)
    % 参数初始化
    Kp_pll = 0.1;  % PLL比例系数
    Ki_pll = 0.01; % PLL积分系数
    
    % 频率误差计算
    frequency_error = grid_frequency_ref - grid_frequency;
    
    % PLL调节器
    phase_ref = Kp_pll * frequency_error + Ki_pll * integral(frequency_error);
    
    % 电压和电流参考
    voltage_ref = V_grid * sin(2 * pi * grid_frequency * t + phase_ref);
    current_ref = I_grid * sin(2 * pi * grid_frequency * t + phase_ref - pi/2);
end