飞轮储能系统及其运行控制技术研究

设计了用于电力系统的飞轮储能（FES）系统，该系统主要包括储存能量的飞轮、支撑飞轮的轴承、进行机电能量转换的异步电动／发电机和微控制器控制的电能转换系统，研究了FES系统中异步电机动态过程仿真计算问题，提出了VVVF逆变器控制的异步电机动态数值模型，给出了采用四阶龙格库塔方法求解FES系统加速储能过程数值仿真结果，进行了FES系统加速储能试验和与电网步运行控制试验，给出了试验测试结果。     

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.     

飞轮储能的仿真系统研究

飞轮储能在很多能源相关领域有着广阔的应用前景。基于飞轮储能技术的基本原理及飞轮储能系统的主体结构,以Simulink为平台搭建了飞轮储能的仿真系统,包含充电模型和放电模型两部分,各自由电机本体、转速计算、磁极位置检测及位置控制等模块组成,其中转速计算模块是区分两个模型的所在。基于所搭建的仿真平台,对充放电过程进行了仿真,并对占空比、转动惯量与摩擦系数对储能系统的影响进行了仿真分析。     

飞轮储能系统充放电效率实验研究

利用电能测量方法对500Wh飞轮储能实验系统的充放电效率进行测量,飞轮储能系统充放电循环的升速、降速范围为12 000r/min～36 000r/min～12 000r/min,实验中测得电机及其控制损耗为49%.分析表明,即使将电机效率、控制器效率提高到95%,系统充放电循环效率也难以超过80%.综合考虑飞轮储能系统及辅助系统的能耗,探讨了高效率飞轮储能系统的运行方式和条件,飞轮储能系统应用于航天环境对提高充放电循环效率比较有利.     

飞轮储能系统中的能量转换环节及其实现

介绍了飞轮储能系统的能量转换环节的要求及实现方案 ,储能部分介绍了恒转矩及恒功率控制的原理及实现方法 ,释能部分提出了实现优良的恒电压输出性能的方案     

飞轮储能系统发电运行控制技术的研究

设计了基于永磁无刷直流电机的飞轮储能单元的能量转换控制系统。研究了永磁无刷直流电机的发电控制技术,提出了飞轮储能系统减速发电过程中电机能量回馈升压控制方案,建立了飞轮储能系统发电控制的仿真模型,并对减速发电过程进行了仿真分析。     

超导飞轮储能系统研究综述

采用超导磁力轴承实现磁悬浮的超导飞轮储能系统的研制,是高温超导技术在电力工业中应用研究的又热点。介绍了超导飞轮储能系统的基本结构,描述了超导磁力轴承的原理和特性,简要介绍了国内外超导飞轮储能技术的研究开发情况。     

用于飞轮储能系统的异步电动机加速过程控制方式研究

本文研究了用于一种新颖的飞轮储能系统的异步电动机的工作过程,该系统主要包括飞轮转子、用于机电能量转换的同步发电机、拖动异步电动机及变频器、调节发电机电压的励磁机.建立了异步电机在储存能量带动飞轮转子加速时的数学模型,通过数学模型的求解得出了最优控制规律.在该控制方式下电机输出电功率大.储存的能量多,电机的电密以及磁密不超过设计的极限值.     

高温超导飞轮储能系统研究现状

高温超导飞轮储能系统具有功率密度高、控制简单、效率高、寿命长、环境友好等优点,未来在可再生能源发电、地铁制动能量回收、大功率脉冲电源、电力系统电压稳定等方面具有广阔应用前景。本文介绍了高温超导飞轮储能系统的原理结构、国内外的研究现状、亟需解决的关键技术问题及未来的发展趋势。     

飞轮储能系统驱动控制策略

飞轮储能系统是一种利用飞轮将电能与机械能互相转换的储能系统。其建设周期短、使用寿命长、环保无污染,目前在新能源、电动汽车、UPS供电系统等领域有应用实例。在介绍飞轮储能系统组成及工作原理的基础上,归纳总结了飞轮储能系统电机充、放电控制策略分类、控制特点和适用场合。为飞轮储能系统的研究与工程应用提供参考。     

1 MW/60 MJ飞轮储能系统设计与实验研究

为钻机混合动力传动系统研制了1套1 MW/60 MJ飞轮储能系统,开展了轴系动平衡、充放电、损耗和效率测试实验研究。采用高强度合金钢变截面飞轮存储动能,飞轮电机轴系为立式支撑结构,重型拼装永磁环轴承承担了97%的轴系重量。永磁电机转子采用格柵结构硅钢内嵌磁钢,以实现较高速度安全运转。基于大容量功率电子变换和电机控制技术,开发了100~300 k W充电、500~1 000 k W放电的控制电路硬件和软件,充电过程中采用了弱磁、转速和电流的双闭环控制策略,放电过程中采用电压闭环和电流前馈控制策略。动平衡后飞轮储能机组振动减少为0.07 mm以内。飞轮储能电源充放电循环效率达到86%~88%。     

大容量先进飞轮储能电源技术发展状况

现代飞轮储能电源综合了先进复合材料转子、磁轴承、高速电机以及功率电子技术而极大地提高了性能,近10年间,现代飞轮储能电源商业化产品推广应用发展迅速。飞轮储能电源系统在储能容量、自放电率降低等方面还有待进一步提高。飞轮储能目前适合于电网调频、小型孤岛电网调峰、电网安全稳定控制、电能质量治理、车辆再生制动及高功率脉冲电源等领域。随着飞轮储能单元并联技术及超导磁悬浮技术的逐渐成熟,其应用领域将逐步扩展到大电网储能领域。飞轮技术产品处于快速扩张时期,我国应当积极从国家层面支持飞轮储能电源技术研究开发,争取早日推出国产飞轮储能电源高技术产品。     

飞轮储能关键技术及其发展现状

飞轮储能是一种研究价值高、应用前景广阔的新型储能技术,具有大储能容量、高效率、无污染、适用广、无噪声、长寿命、维护简单及可实现连续工作等优点,它为解决目前广泛关注的能源问题提供了新途径。本文阐述了飞轮储能的原理和五大关键技术(包括飞轮转子、轴承支承系统、能量转换环节、电动/发电机与真空室),并分别以五大关键技术为出发点,详细论述了飞轮储能系统的国内外发展现状,指出了飞轮储能关键技术的未来发展方向。     

飞轮储能系统能量回馈的精确小信号建模及控制器设计

无刷直流电机驱动的飞轮储能系统可用于平滑风力发电的输出功率,其能量回馈可通过由半桥调制方法构成的Boost电路来实现。本文建立了这类飞轮储能系统能量回馈时的平均值模型,分析了多个物理量对直流母线电压的影响。基于系统的非线性特性,建立了静态点附近的精确线性化小信号模型,得到开关占空比、绕组电动势和系统能量状态对直流母线电压的传递函数。根据电压反馈环开环传递函数的Bode特性选择电容值,确定滞后超前串联补偿类型并简化为带惯性的PID补偿,给出控制器参数确定方法。采用Matlab/Simulink对含无刷直流电机驱动的飞轮储能系统的风力发电系统进行了仿真研究,结果表明,所设计的控制器可使直流母线电压基本保持额定值,从而提高了飞轮储能系统能量回馈的稳态和动态特性。     

飞轮储能系统中数字整流器的研究

针对飞轮储能装置的能量释放环节,即储能放电整流环节,将储存的动能转换为电能,以研究数字整流器.采用电压型PWM整流拓扑,从提高电压利用率、运行效率和降低开关损耗的角度出发,采用结合期望电流控制的空间矢量两相调制方法,给出了便于数字实现的控制算法.在Matlab7.0仿真环境下,对整个系统进行了仿真分析,并在实物平台上使用DSP TMS320F2812进行了变压整流实验.实验结果验证了该控制策略下交流侧电流能与输入的电压保持同相位,并可获得稳定的直流输出电压.     

离网风力发电系统的飞轮储能装置

在飞轮储能系统(FESS)中,通过带双向功率变换器的电机可将飞轮储能的机械能转换成电能。无论何时从中等功率到大功率(kW~MW),在短时间内(几秒钟、几分钟)需要大量(几十万个)充/放电周期的情况下,FESS都是能适用的。FESS充电状态的监视简单可靠,飞轮的材料、电机的型式、轴承的型号以及密封的气体全部加在一起,决定着FESS的能量效率(>85%)。此外,本文还提出了离网风电系统(IWPS)的模拟,该IWPS由风轮发电机(WTG)、用户负荷、同步电机(SM)和FESS组成。模拟结果充分显示,FESS有效平抑了风电功率的波动与负荷的变化。     

基于飞轮储能系统的动态电压恢复器

提出了一种基于飞轮储能系统(FESS)的动态电压恢复器(DVR)的装置。其拓扑结构与传统DVR拓扑结构相比,省去了为给飞轮储能单元补充能量而专门配制的整流设备,简化了结构。根据基于FESS的DVR装置的结构特点以及飞轮储能系统的充电原理,提出了一种自充电控制策略,在充电过程中,控制器根据负载和飞轮储能系统的运行情况确定负载侧参考电压。建立了基于FESS的DVR变换的数学模型,设计了同步旋转坐标系下的双矢量控制器。实验结果验证了该装置结构和自充电控制策略的有效性。