随着新能源发电技术的不断发展，高比例新能源并网成为当前电力系统的重要特征。由于新能源发电具有很强的随机性和波动性，高比例新能源接入电网的同时也引入强烈的扰动因素。目前可以通过储能建立能量和功率的缓冲功能，进而有效缓解高比例新能源并网下电力系统中源、网、荷的能量/功率冲突问题。飞轮储能技术作为机械储能方式，具有寿命长、响应速度快等优点，逐渐成为大功率高动态能量充放的储能技术研究热点。因此飞轮储能系统在新能源并网调节上得到了广泛的应用。应用于新能源并网的飞轮储能系统功率较大，而三电平有源中点箝位型拓扑(Active Neutral Point Clamped,ANPC)具有电压应力较小、控制灵活等优点，其在大功率飞轮储能场景下得到了广泛应用。为实现飞轮储能系统充放电功率的稳定控制,本文对基于三电平ANPC变流器下的大功率飞轮储能系统电机控制进行了相关研究。 首先，针对ANPC背靠背变流器拓扑，进行了原理分析，并建立了其电路数学模型;研究了背靠背ANPC变流器系统的直流母线中点电位波动问题，分别分析了网侧和机侧变流器中点电位波动影响因素，研究了无位置传感器控制模式下电机侧变流器中点电位波动机理，采用电流源并网模式下网-机背靠背ANPC结构中点电位波动分析方法，设计基于小电压矢量系数调节的中点电压波动抑制方法。其次，对飞轮永磁同步电机进行建模分析，设计飞轮电机的电流矢量预定位和I-F开环启动算法。采用基于自然坐标系下电机端电压无位置传感器转子位置直接辨识策略，该算法计算量小，响应速度快;进一步进行了电机端电压直接转子位置计算的误差分析，研究直接转子位置计算的误差校正优化方法，最终实现飞轮电机全速域下的控制策略。再次，结合网-机背靠背飞轮电机变流器系统特点，设计储能系统的整体控制策略。考虑飞轮变流器电流容量约束，采用恒转矩/恒功率双模式切换策略，实现全速域的飞轮充放电功率控制。最后，利用500kW、6000rpm、50kWh飞轮储能系统的硬件实验平台，验证中点波动抑制控制策略、无位置传感器控制策略以及飞轮整体充放电控制策略的可行性和可靠性。
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