飞轮储能系统双向逆变器研究

通过对传统三相桥结构的双向逆变器在飞轮工作于充电、放电过程中绕组内的电流情况分析,提出了更适用于高速下、方波电机结构储能飞轮的新型双向逆变器拓扑。该双向逆变器采用独立的Buck、Boost电路来实现储能飞轮的充、放电控制。实验结果证实了采用独立的升、降压电路来分别实现充电及放电操作,极大的改善了绕组电流的波形,使高转速下飞轮能量的精确控制成为可能。

徽电机

飞轮储能系统双向逆变器研究王爽，李铁才，林 ( .哈尔滨工业大学电气工程学院，哈尔滨 1摘

琦，王治国 5 85 ) 10 7

10 0;2 50 1 .深圳航天科技创新研究院，深圳

要：通过对传统三相桥结构的双向逆变器在飞轮工作于充电、放电过程中绕组内的电流情况分析，提出了更

适用于高速下、方波电机结构储能飞轮的新型双向逆变器拓扑。该双向逆变器采用独立的 B c、B ot uk os电路来实现储能飞轮的充、放电控制。实验结果证实了采用独立的升、降压电路来分别实现充电及放电操作，极大的改善了绕组电流的波形，使高转速下飞轮能量的精确控制成为可能。关键词：飞轮储能；B c;B ot u k os;高速；方波电机中图分类号：T 5 . M39 9文献标志码：A 文章编号：10—8 8 2 1 )90 5—5 0 164 (00 0 .0 20

Re e r h o v r i e Tr n du e n Fl whe lEne g t r g se s a c fRe e sbl a s c r i y e r y S o a e Sy t m

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( . Ee r a n ier gC lg,H ri s tt o e nl y ab 5 0 1 hn; 1 l tcl gne n o ee ab I tuef Tc oo,H ri 1 0 0,C ia ci E i l n ni h g n 2 abnIstt o cn l yS eze rd aeSho,S eze 0 5 hn ) .H ri ntu T h o g h nhnGa u t col hnhn5 5,C i i ef e o 1 8 a Ab t a t I h s a e, a ay i g u r n c n iin wih n h wi d n s n h c a g a d ic a g s r c: n t i p p r n lzn c re t o d t s t i t e o n i g i t e h r e n d s h r e

p o e so h y e lwh n t e r v r i l r n d c r o h r d t n lt r e p a e b i g t cu e w s r c s f t e f wh e e h e e sbe t s u e f t e ta i o a h e— h s r e sr t r a l a i d

u a o td, a n w—y e b d r cina iv re o lg ih i mo e u tb e f r e eg so a e fy h e f d pe e t p i ie to l n e tr tpoo y wh c s r s ia l o n r y t rg w e lo l hih v lct s u r - v t r sr cu e wa p o s d. Smu ain r s ls s o t e u e o n e e d n g - e o iy, q a e wa e moo tu t r s rpo e i lt e ut h w h s f i d p n e t o b o ta u k cr u t o r s e t ey r aie c ag n ic a g p r t n a r a l mprv h n— o s nd b c ic ist e p c i l e lz h r e a d d s h r e o e a i sc n g e t i o e t e wi d v o y i g c re twa e r, a k h r cs o to ft e h g s e d f he le eg o sb e n urn v f m o nd ma e t e p e ie c n r lo h ih—p e y l w e n r y p s il . Ke o ds:Flwh e n r y so a e; Bu k; Bo s; Hih- eo i yW r y e le e g tr g c ot g v lc t S u r— v t r y; q a e wa e moo

0引言飞轮储能系统作为一种新的储能方式，相对于

降压结构的储能飞轮双向逆变器拓扑。 1三相桥结构为了克服无刷直流电机定位力矩，电机设计采

常规的化学电池，具有储能密度高、功率大、效率高、寿命长、无污染等优势，是目前能源领域研究的热点。在该系统中，飞轮作为机电能量的转换装

用无铁芯绕组结构，因此定子绕组电感很小，故通

过在绕组中串联电感的方式来保证电流连续。结构框图如图 1所示：

置，依靠双向逆变器进行能量的传递和控制。当系统充电时，通过逆变器将直流电转换为调频、调压

的三相交流电，驱动飞轮电机带动轮体旋转，从而将电能转换为机械能储存起来；当系统放电时，高速旋转的飞轮作为发电机产生三相交流电，通过整流器转换为直流电供应给负载。由于 P WM

控制的三相桥结构变流器可以工作于可控整流和可控逆变两种状态，能够实现能量的双向传输，且硬件结构简单，因此在飞轮储能系统这一研究领域得到了广泛的采用¨ j 。本文在分析三相桥结构的双向变换器在

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图 1三相桥双向逆变器系统结构框图

电机模型简化为绕组电阻、自感及互感、反电动

势串联的结构，其中假设三相绕组对称，相位互差 10 2。电角度。图中￣l’a sr太阳能电池提供的电流；td o表示‘表 l o a示负载电流，假设负载为阻性，大小为尺；/we‘ e￣ h表示 l f l y 提供给飞轮系统的电流，其方向可正、可负，如图 1所