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大容量?jī)?chǔ)能裝置的應(yīng)用對(duì)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，提升電能質(zhì)量等方面有重要作用。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)作為一種新型物理儲(chǔ)能技術(shù)，與傳統(tǒng)的化學(xué)電池相比，具有無污染、使用壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)能密度高等優(yōu)點(diǎn)。然而，飛輪單體受到材料、成本、技術(shù)等因素的影響，大幅提升其容量還是比較困難的，這也限制了其在大容量場(chǎng)合的應(yīng)用。

一種擴(kuò)大飛輪系統(tǒng)容量的有效方法是采用多個(gè)飛輪單體并聯(lián)組成飛輪陣列儲(chǔ)能系統(tǒng)，這種方法降低了對(duì)飛輪單體容量的要求，并且容量配置更加靈活。而這也需要一種合理的功率分配策略對(duì)陣列中各個(gè)單體輸出功率進(jìn)行分配，從而提高系統(tǒng)性能。

實(shí)際飛輪陣列系統(tǒng)運(yùn)行過程中，飛輪陣列中各個(gè)單體的剩余容量均衡及系統(tǒng)的效率優(yōu)化對(duì)提高系統(tǒng)性能有重要意義。單體剩余容量均衡可以有效提高系統(tǒng)的最大功率運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)延長(zhǎng)系統(tǒng)的整體壽命。優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行效率則可以減少系統(tǒng)的運(yùn)行損耗。

但是，受到每臺(tái)飛輪單體損耗曲線不同的影響，飛輪單體的剩余容量均衡與效率優(yōu)化往往無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)，目前飛輪陣列中常見的功率分配策略有等功率分配、等轉(zhuǎn)矩分配、等時(shí)間長(zhǎng)度分配。然而這些控制策略都沒有考慮到系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的效率問題。有學(xué)者針對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行效率進(jìn)行優(yōu)化，卻會(huì)導(dǎo)致陣列單體之間的剩余能量出現(xiàn)較大差異。

針對(duì)飛輪陣列儲(chǔ)能系統(tǒng)中各個(gè)單體的功率分配問題，北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院的研究人員任京攀、馬宏偉、姚明清，在2021年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1上撰文，提出一種兼顧飛輪陣列效率與飛輪單體能量均衡的協(xié)調(diào)控制策略。

科研人員首先對(duì)飛輪陣列儲(chǔ)能系統(tǒng)的損耗優(yōu)化問題建立數(shù)學(xué)模型，然后采用帶等式約束的時(shí)變權(quán)重的粒子群優(yōu)化算法，對(duì)陣列的運(yùn)行效率進(jìn)行優(yōu)化。由于不同飛輪的效率曲線不同，在效率優(yōu)化過程中，各個(gè)飛輪單體分配到的輸出功率可能會(huì)出現(xiàn)較大差異，導(dǎo)致陣列單體間剩余能量出現(xiàn)較大的不平衡。

圖1 協(xié)調(diào)控制策略流程

他們提出對(duì)不同剩余能量的飛輪單體采取不同功率分配策略的方式，令剩余容量高的單體額定功率工作，剩余容量低的單體不工作，而剩余容量中等的單體采用上述粒子群優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)效率優(yōu)化。與傳統(tǒng)的飛輪陣列功率分配策略相比，這種基于分組的粒子群算法可以協(xié)調(diào)飛輪單體的剩余能量均衡與系統(tǒng)的運(yùn)行效率之間的關(guān)系，在保證陣列保持高效率運(yùn)行的同時(shí)，避免系統(tǒng)中各個(gè)單體之間剩余能量出現(xiàn)較大差異。

而針對(duì)傳統(tǒng)PSO算法尋優(yōu)速度較慢的問題，研究人員則采用時(shí)變權(quán)重的PSO算法減少尋優(yōu)迭代次數(shù)，提高尋優(yōu)速度。

以上研究成果發(fā)表在2021年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1，論文標(biāo)題為“基于粒子群算法的飛輪陣列協(xié)調(diào)控制策略”，作者為任京攀、馬宏偉 等。