摘 要 微电网作为可操纵的单元，它与大电网相连接，在发生临界负荷故障时，能够保证发电效率和供电能力。本文针对在微电网中飞轮储能系统做了概述，提出了一种飞轮储能系统，为微网孤岛的运行提供稳定的电能支持，并通过仿真验证了飞轮储能系统的可靠性、经济性和应用效率，研究了飞轮储能系统的特性，描述了飞轮储能装置的特性，提高了微电网的鲁棒性。

关键词 微电网;飞轮储能;储能系统;研究

引言

如果将电池作为储能设备的微型智能电网，稳定输出功率，保持内部稳定供电，电池就会来回循环无限次地充放电，寿命不长而且不经济，整个微型智能电网都会出现这种情况。

若把微电网建设在负荷相对来说较集中的一些地方，再利用飞轮储能系统将电能储存，那么在短时间故障不能供电的情况下，飞轮储能系统便能够顺利供电，让系统继续正常运行。飞轮储能系统是一种比较优势的储能元件。储能不高，充放电功率大，充放电量大，寿命长，时间短，充放电周期无限制。与其他储能装置相比，它更可靠、更经济。研究发現，飞轮储能装置与电池的结合，不但能够满足微电网电力的需求，还能够使电池的寿命变长，经济性更好。在考虑微电网经济性的同时，也要合理配置微电网元件。当外网发生故障时，微电网会自动与外网断开，造成功率不足和电压不稳定，内部微电网将自动切断负载并稳定微电网。储能装置的使用提高了微电网供电的可靠性[1]。

1飞轮储能系统

飞轮储能系统不局限于传统化学电池储能的约束，是一种能够利用物理方式进行储能的装置。飞轮储能系统由飞轮转子、电机、控制系统（电力电子转换器等）以及外部网络等几部分组成。创新性的打破了化学电池方法进行储能的约束，能够采用物理方法实现系统的能量摄入、存储和释放。当外部控制系统向电机发送加速度信号时，电力电子转换器等使电机工作，通过电机给飞轮加速，这时电能就能够转换为机械能储存在转动的飞轮中。若控制系统向电机发送减速信号，在飞轮的惯性带动下，电机继续转动发电，这时就能实现机械能向电能的转化，转速大小处于和中间。整个系统的能量：

1-1

其中，J为转动惯量，为飞轮最大转速，为飞轮最小转速。由公式1-1可知，增大飞轮的惯量和转速是提高储能效率的最有效方法，但大功率高速旋转系统的运行成本过高。因此，一般真正应用在工程中的均是采用飞轮转速小不大于10000rpm为主。

为了满足上述要求，需要选择飞轮系统的电机和飞轮转子。电动机不仅要保持可逆性，还要考虑经济性，选用的电机不仅运行速度快，而且在充放电过程中转速变化范围还要大。由于利用飞轮进行储能，整个装置的工作特性：处于电机状态时，系统能够拥有非常大的转矩和功率;而且寿命久，空载损耗低，转子转速高，具有较高的转化率。电机的选用还需要能够显示出飞轮储能系统能耗高效率、维修方便等优点。通常有四种类型的电动机满足上述特性：感应电动机、同步磁阻电动机、永磁电动机以及开关磁阻电动机。由于飞轮和电机的连接和控制方式不同，控制目的也不同，所选用的电机和控制方法也不同。电动机一般采用永磁无刷电动机和内置感应电动机;飞轮储能系统接入电网后，一般采用PQ控制，孤岛运行一般采用V/F控制[2]。

2仿真分析

根据飞轮储能系统原理图，采用仿真系统软件建立相应的仿真模型，如图1所示。

在系统中电机选用永磁同步电动机，永磁同步电动机具有励磁损耗低、调节控制方便、功率双向转换等优点，它是飞轮储能系统中应用最广泛的电动机。系统通过对逆变器的控制来确定飞轮的储能和释放量。

从仿真模拟中得到，直流母线电压始终处于稳定状态，说明飞轮储能系统输出功率稳定，保证了电源的电能质量和可靠性。

在飞轮速度模拟中，选用梯形信号，在060秒内，飞轮加速充电;在60120秒内，飞轮保持相同的速度，保持能量，并等待外部控制信号释放能量;在120180秒之间，施加给飞轮一个控制信号，该信号会降低速能量放出的速度;180秒以后，保持转速处于最小状态，以此来实现整个飞轮储能系统一次充电并释放的目的，同时对所建立的仿真模型的正确性做出了检验[3]。

3结束语

在微电网中进行必要的配置优化，不仅可以降低微电网系统的干扰，而且可以合理调整微电网的电压和频率，使其更加灵活、环保、高效，满足负荷要求。通过对飞轮储能系统的网侧变流器进行了仿真研究，结果表明，合理的控制信号可以使飞轮实现合理的加减速、及时充放电，能够增加能量转化率，使得电能质量得到更好的保障。一旦电网不能正常工作，飞轮储能系统便能够在短时间内继续提供动力支持，提高了微电网的应变能力。

参考文献

[1] 苏猛，李凤霞.微电网中飞轮储能系统储能优化设计研究[J].计算机仿真，2018，35（11）：94-97.

[2] 丁尚.微电网分布式储能系统的优化方法研究[D].南京：南京邮电大学，2018.

[3] 李和丰.微电网冲击性负荷下飞轮储能与电源的运行优化[D].济南：山东大学，2018.

作者简介

魏民（1985-），男，北京人;学历：硕士，现就职单位：沈阳远大电力电子科技有限公司，参与多项国家重点研发专项、多次获得省级科技进步奖项。