具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

图1为本发明实施例提供的一种飞轮储能系统接入交流电网的功率控制方法的实现流程图。详述如下：

在步骤S101中，当飞轮储能系统在响应设定功率时，获取并网侧变流器的实际运行功率。

在本发明实施例中，飞轮储能系统接入交流电网时，需要通过并网侧变流器进行整流逆变控制，实现飞轮接入交流电网的应用。并网侧变流器与飞轮侧变流器通过直流母线相连，母线电压具有连续可调能力。即，本发明实施例提供的方法应用于一种并网系统，在该并网系统中，飞轮储能系统通过飞轮侧变流器与直流母线相连，交流电网侧通过并网侧变流器与直流母线相连。

交流电网中发电和用电不平衡会使电网频率发生波动，为了平抑这种波动，需要对电网进行调频。飞轮储能系统具备功率大，响应速度快、循环能力强的特点，可以随着电网的变化快速、有效的进行有功或无功补偿，平抑波动负荷，缓冲发电输出瞬变，支撑电网频率和电压。但是，现有的直流网压响应型飞轮储能系统通过响应直流网压的方式进行功率控制，这种控制方法难以适应接入交流电网的应用场景下对飞轮储能系统的功率进行精准控制的要求。

本发明算法为闭环控制算法，需要得到目标值和实际值，从而进行下一步的计算。这里被控量为功率，利用电压电流传感器反馈值计算出实际功率。

可选的，设定功率可用POWER_SET表示，并网侧变流器的实际运行功率可用POWER_FEED表示。

在本发明实施例中，采用电压电流传感器作为检测部件，通过电压电流传感器，采集并网侧变流器的实际运行功率POWER_FEED。

在步骤S102，根据设定功率和实际运行功率，进行功率闭环控制，得到第一输出值。

在本发明实施例中，将设定功率和实际运行功率相减，得到功率误差；将功率误差进行PID运算，得到第一输出值。

其中，POWER_SET为功率闭环控制的目标值。

在本发明实施例中，功率误差可用POWER_ERR表示，第一输出值可用PID_OUT1表示。

则POWER_ERR＝POWER_SET-POWER_FEED。

图2是本发明实施例提供的一种PID运算方法的示意图，但本发明实施例提供的方法不局限于图2所示的PID运算方法，其他改进的PID算法同样适用于本发明实施例提供的方法。

在步骤S103中，根据飞轮储能系统在预设工作状态下对应的电压值和第一输出值，计算直流母线的目标电压值，其中，预设工作状态包括功率为零时的工作状态和满功率充电或放电的工作状态。

在本发明实施例中，获取飞轮储能系统在满功率充电或放电的工作状态下所对应的第一电压值；获取飞轮储能系统在功率为零时的工作状态下所对应的第二电压值；将第一输出值与第一电压值相乘后，再加上第二电压值，得到目标电压值。

可选的，在本发明实施例中，第一电压值可以用VOLTAGE_OFFSET表示，第二电压值可以用VOLTAGE_IDLER表示，目标电压值可以用VOLTAGE_SET表示。

则：

VOLTAGE_SET＝PID_OUT1×VOLTAGE_OFFSET+VOLTAGE_IDLER

可选的，结合图3，直流网压响应型飞轮储能系统的网压功率关系如图3所示，空载网压为一个小范围网压段，此范围内飞轮储能系统的输出功率为0。这里取中点位置的电压为上述第二电压值VOLTAGE_IDLER。

满功率充电网压和放电网压分别在此基础上加减一个满功率运行电压摆动范围，可选的，这个满功率运行电压摆动范围的最大值为第一电压值VOLTAGE_OFFSET。需要说明的是，针对任一飞轮储能系统，其满功率运行电压摆动范围需要单独实验获得。

可选的，飞轮储能系统在满功率充电或放电运行时存在一个电压摆动范围，

目标电压值VOLTAGE_SET决定了飞轮储能系统的实际输出功率的大小。

在步骤S104中，根据直流母线的目标电压值和直流母线的电压反馈值，进行电压闭环控制，得到第二输出值。

在本发明实施例中，将目标电压值与电压反馈值相减，得到电压误差；将电压误差经过PID运算，得到第二输出值。

VOLTAGE_SET为电压闭环控制的目标值。

可选的，直流母线的电压反馈值可以用VOLTAGE_FEED表示，电压误差可以用VOLTAGE_ERR表示，则：

VOLTAGE_ERR＝VOLTAGE_SET-VOLTAGE_FEED

可选的，第二输出值可以用PID_OUT2表示。

本步骤中同样使用如图2所示的PID运算方法实现，电压闭环控制的运算频率数倍于步骤S102中的功率闭环控制的运算频率。

由于功率闭环为电压闭环的外环，为了保证稳定性，需要内环响应更快速。因此电压闭环控制的运算频率数倍于步骤S102中的功率闭环控制的运算频率。

在步骤S105中，根据第二输出值和并网侧变流器的最大电流值，计算目标电流值，以使得并网侧变流器的运行电流为目标电流值。

可选的，目标电流值可以用CURRENT_SET表示，并网侧变流器的最大电流值可以用CURRENT_MAX表示。

则在一些实施例中，CURRENT_SET＝PID_OUT2×CURRENT_MAX

飞轮储能系统，在允许的转速范围边界处，转速上限为充满电时刻，转速下限为放空电时刻。在这两个转速点，飞轮功率会突变为零。功率的突变，会引起直流母线电压突变，甚至导致过压故障发生。针对这个问题，本发明实施例还提供一种基于负载电流前馈控制的控制方法。

本发明实施例通过如下方法解决上述问题：将飞轮储能系统的实际运行电流值和预设的前馈系数相乘，得到前馈结果；将前馈结果与第二输出值相加后得到和值，将和值与并网侧变流器的最大电流值相乘，得到目标电流值。

通过这种方法，减弱了飞轮储能系统转速范围边界处，由于功率突变引起的直流网压突变，减少了过压欠压故障的发生。

可选的，添加前馈功能的PID算法的运算示意图如图4所示。

可选的，飞轮储能系统的实际运行电流值可以用CURRENT_FEED表示，预设的前馈系数可以用FU表示，前馈结果可以用FFC_OUT表示。

则FFC_OUT＝FU×CURRENT_FEED。

则在一些优选的实施例中：

CURRENT_SET＝(PID_OUT2+FFC_OUT)×CURRENT_MAX

需要说明的是，在本发明实施例中，并网侧变流器的实际运行功率、直流母线的电压反馈值和飞轮储能系统的实际运行电流值都可以通过电压电流传感器获得。

在一些实施例中，对第一输出值、第二输出值和前馈结果进行标幺化处理，以使得第一输出值、第二输出值和前馈结果的取值范围为预设范围；对前馈结果与第二输出值相加后得到的和值进行限幅处理，以使得和值的取值范围为预设范围。预设范围为[-1,+1]。

采用标幺化处理方法，PID_OUT1被限定于+1到-1范围内，防止超出系统执行能力范围。PID_OUT2输出结果仍被限定于+1到-1范围内。

FFC_OUT同样被限定于+1到-1范围内。进一步的，可以根据实际的电压过冲抑制效果，适当缩小输出值范围。

并网侧变流器的运行电流为目标电流值的过程对应图2所示的PID运算流程里的“执行机构”过程，本发明实施例提供的方法是为了得到目标电流值，目标电流值被正确的执行，是实现功率闭环控制的前提条件。

本发明实施例通过电压电流传感器作为检测部件，通过功率和电压的双闭环控制，实现了对直流网压响应型飞轮储能系统在接入交流电网的应用场景下的运行功率的精确控制，优化了整个飞轮储能系统的使用效果。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。

图5示出了本发明实施例提供的飞轮储能系统接入交流电网的功率控制装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图5所示，飞轮储能系统接入交流电网的功率控制装置5包括：获取模块51和计算模块52；

获取模块51，用于当飞轮储能系统在响应设定功率时，获取并网侧变流器的实际运行功率；

计算模块52，用于根据设定功率和实际运行功率，进行功率闭环控制，得到第一输出值，根据飞轮储能系统在预设工作状态下对应的电压值和第一输出值，计算直流母线的目标电压值，其中，预设工作状态包括功率为零时的工作状态和满功率充电或放电的工作状态，根据直流母线的目标电压值和直流母线的电压反馈值，进行电压闭环控制，得到第二输出值，根据第二输出值和并网侧变流器的最大电流值，计算目标电流值，以使得并网侧变流器的运行电流为目标电流值。

在一种可能的实现方式中，计算模块52用于：将设定功率和实际运行功率相减，得到功率误差；将功率误差进行PID运算，得到第一输出值。

在一种可能的实现方式中，计算模块52用于：获取飞轮储能系统在满功率充电或放电的工作状态下所对应的第一电压值；获取飞轮储能系统在功率为零时的工作状态下所对应的第二电压值；将第一输出值与第一电压值相乘后，再加上第二电压值，得到目标电压值。

在一种可能的实现方式中，计算模块52用于：将目标电压值与电压反馈值相减，得到电压误差；将电压误差经过PID运算，得到第二输出值。

在一种可能的实现方式中，计算模块52用于：将飞轮储能系统的实际运行电流值和预设的前馈系数相乘，得到前馈结果；将前馈结果与第二输出值相加后得到和值，将和值与并网侧变流器的最大电流值相乘，得到目标电流值。

在一种可能的实现方式中，计算模块52还用于：对第一输出值、第二输出值和前馈结果进行标幺化处理，以使得第一输出值、第二输出值和前馈结果的取值范围为预设范围；对前馈结果与第二输出值相加后得到的和值进行限幅处理，以使得和值的取值范围为预设范围。

在一种可能的实现方式中，预设范围为[-1,+1]。

本发明实施例通过电压电流传感器作为检测部件，通过功率和电压的双闭环控制，实现了对直流网压响应型飞轮储能系统在接入交流电网的应用场景下的运行功率的精确控制，优化了整个飞轮储能系统的使用效果。

本实施例提供的飞轮储能系统接入交流电网的功率控制装置，可用于执行上述飞轮储能系统接入交流电网的功率控制方法实施例，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

图6是本发明一实施例提供的控制装置的示意图。如图6所示，该实施例的控制装置6包括：处理器60、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述处理器60上运行的计算机程序62。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各个飞轮储能系统接入交流电网的功率控制方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至步骤106。或者，所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图4所示单元41至42的功能。

示例性的，所述计算机程序62可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器61中，并由所述处理器60执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序62在所述控制装置6中的执行过程。

所述控制装置6可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是控制装置6的示例，并不构成对控制装置6的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述控制装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器60可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器61可以是所述控制装置6的内部存储单元，例如控制装置6的硬盘或内存。所述存储器61也可以是所述控制装置6的外部存储设备，例如所述控制装置6上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器61还可以既包括所述控制装置6的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器61用于存储所述计算机程序以及所述控制装置所需的其他程序和数据。所述存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/控制装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/控制装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个飞轮储能系统接入交流电网的功率控制方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。