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申请/专利权人：中国人民解放军海军工程大学

摘要：本发明涉及飞轮储能技术领域，公开了一种飞轮储能系统低谐波控制方法，在变流器输出侧配置LC滤波器，与飞轮电机的定子电感组成LCL滤波器，建立电流谐波、转子伸长量、调制开关角之间的数学映射关系，考虑阻尼电阻损耗、滤波电容无功功率、转子伸长量约束条件，建立优化问题数学模型，并求解得到滤波器参数及最优开关角组合。本发明飞轮储能系统低谐波控制方法，降低转子损耗的同时尽可能降低变流器开关频率，提高系统运行效率，保障大功率、高转速飞轮储能系统的高负荷长时稳定运行。

主权项：1.一种飞轮储能系统低谐波控制方法，其特征在于：包括如下步骤：A在变流器输出侧配置LC滤波器，与飞轮电机的定子电感构成LCL滤波器，同时在LC滤波器的滤波电容上串联一个阻尼电阻，定义LC滤波器中滤波电感的电感值为Lf，阻尼电阻的阻值为Rf，滤波电容的容值为Cf，飞轮电机的定子电阻为Rs，飞轮电机的定子电感为Ls，根据电路关系，得到电机电流is、滤波电容电流ic与变流器输出电压Uinv的传递函数关系，即： 式中，Uo为LC滤波器的输出电压，E为飞轮电机的反电动势电压，s为拉普拉斯算子，Hs为LC滤波器传递函数，流经飞轮电机与滤波电容的n次电流谐波幅值的表达式为： 式中，Un为变流器输出电压Uinv的n次电压谐波幅值；B通过飞轮电机电磁场模型计算不同谐波激励下的电机转子损耗Rloss，建立如下式所示的多项式映射关系，并通过最小二乘法得到相应的多项式系数： 式中，In为n次电流谐波的有效值，rn为第n次电流谐波带来的转子损耗，ai和bj为拟合得到的多项式系数，ωn为第n次电流谐波的频率，基于实验数据进行拟合，得到转子伸长量ΔL与电机转子损耗的关系： β和τ为拟合得到的系数，建立变流器输出电压Uinv与转子伸长量ΔL的关系，即： 其中，根据飞轮电机的设计结果，选取转子伸长量ΔL的上限值ΔLlim作为约束条件；C制定脉宽调制策略数学模型，选择变流器拓扑为三电平NPC、ANPC和H桥拓扑，定义Edc为半母线电压，Udc为母线电压，N为开关角个数，对应载波比为2N+1，αi为第i次开关事件的开关角，其n次谐波电压幅值表达式： 建立适用于隐极式永磁同步电机的最优开关角求约束条件为： 其中m为调制比；D基于上述脉宽调制策略数学模型，建立滤波器成本最小的优化目标函数J： 其中，gL·、gC·和gR·分别为滤波电感、滤波电容和阻尼电阻的成本函数，Nlim为最大开关角个数，Ulim为飞轮电机输入电压的最大值，Qlim为滤波电容无功功率的最大值，Ic为滤波电容电流的有效值，Ylim为阻尼电阻损耗最大值，表示Uo的基波分量满足最高转速时的电压需求，表示滤波电容的无功功率满足限制值，表示阻尼电阻的阻值Rf的损耗满足系统损耗限制与变流器的散热能力，求解上述方程，即可得到满足各约束条件的滤波器参数以及开关角。

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