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。     

一种基于变频技术的能量转换系统

飞轮储能技术是一种新型能量储存技术,飞轮储能技术在改善电能质量、电网调峰、不间断供电备用电源UPS等诸多领域都有广泛的应用前景。提出了一种高效优化的变频能量转换系统,介绍了飞轮储能的工作原理与节能原理,在飞轮释放能量的过程中直流母线电压上升,系统采用PID控制算法调节使飞轮和电动机之间能量连续传递。试验结果表明,飞轮储能有较好的特性。     

一种可抑制直流系统网压波动的高速飞轮技术

直流电网逐渐成为分布式电源接入的有效方式,储能是平抑直流供电系统电压波动的最直接手段。分析了典型含分布式电源的直流供电系统网压波动产生机理,对比了高速飞轮和低速飞轮在快速抑制网压波动方面的动态特性差异,给出了GTR高速飞轮储能针对独立直流供电系统的电压波动抑制应用方式。最后,对所提飞轮储能装置进行了高转速状态下的充放电实验,结果显示高速运行时的飞轮充放电效果良好。     

基于改进型数字锁相环驱动的电机飞轮储能系统

电机飞轮储能系统,可在市电或者其它独立电源发生断电后,由电机飞轮储能系统来实现两个供电电源切换时的不间断供电,并保证电源切换时各项电能质量指标和供电性能不会因为主供电源故障而产生间断或不连续变化。本文对电机飞轮储能系统能量转换系统,电力电子装置实现方案进行深入分析,搭建了仿真模型,并且以微处理器ds PIC30F3011为控制核心,建立了模拟实验平台,对系统中的电机飞轮储能系统充放电控制进行了实验。仿真和实验结果充分验证了在移动电站中使用电机飞轮储能系统,能够有效地改善移动电站系统的供电性能。     

大容量飞轮储能永磁电机控制策略研究

本文研究了飞轮储能系统在两种常用场景下的拓扑结构和控制策略,在电网调频、新能源电站并网的场景下,永磁电机输出交流电压经整流后输出直流电压,再通过逆变器连接电网将电能馈给电网。在轨道交通、大功率不间断电源等场景下,永磁电机输出交流电压经整流后输出直流电压连接直流负载。本文重点研究了飞轮储能系统在连接电网和连接直流负载两种应用场景下的充电和放电控制策略,为了实现飞轮储能大功率长时间放电,本文对一台1MW飞轮储能用永磁同步电机进行了研究,以满足永磁电机恒功率1MW放电3min的技术需求。最后搭建了两种应用场景下的暂态仿真模型,分别仿真了连接电网应用场景下充电和放电过程,连接直流负载应用场景下放电过程。验证了大容量飞轮储能用永磁同步发电电动机控制策略研究成果的正确性。     

飞轮储能技术中自动转换开关时序整定研究

随着储能技术的不断发展,飞轮储能技术在电网检修、应急抢修、供电保障等作业场景得到了初步应用。介绍了储能系统工作特性、接线方式,并对储能机柜前置电源自动投切系统时序进行了描述及整定,实现储能系统在市电及应急柴油发电机组双路电源间切换时不间断供电能力。通过分析飞轮储能-柴油发电联合机组在用电敏感客户供电保障作业时的投切数据,验证了工作过程。     

高温超导飞轮储能技术发展现状

高温超导块材式的悬浮现象是目前自然界中已发现的唯一可以实现自稳定的磁悬浮方式。利用这种磁悬浮技术的高温超导飞轮储能系统具有控制简单、储能密度大、效率高、寿命长、低维护等优点,为解决目前广泛关注的能源问题提供了新途径。本文综述了美国波音公司,日本ISTEC,德国ATZ公司等国内外小组开展的高温超导飞轮储能系统的研制现状,分析了当前技术发展趋势,探讨了亟需解决的关键难点问题,阐述了未来在军民两方面的发展前景。预计未来五年内高温超导飞轮储能技术将首先在电力调节、不间断电源等领域实现商业应用。     

磁悬浮飞轮储能UPS系统集成应用及充放电控制方法研究

针对传统不间断电源(uninterruptible power supply,UPS)系统中化学电池储能的不足,该文开展磁悬浮飞轮储能UPS系统研究。结合飞轮用永磁同步电机控制特性,研究基于扩展滑模观测器的无传感器充放电控制策略。首先建立系统模型和设计滑模观测器控制结构,在此基础上提出一种基于直流母线电压监测的参数在线修正方法,提高转子角位置估计精度。然后,给出飞轮UPS系统充放电切换策略。最后,将该文所设计控制方法应用到实际系统中,实验结果表明:飞轮UPS系统运行良好,观测器具有优越的估计性能,能够满足飞轮快速充放电控制性能要求。     

500kW飞轮储能电源系统设计与实验研究

为满足钻机动力系统调峰运行要求,研制了一套电动功率110 kW、发电功率300~500 kW、储能4 500 Wh的飞轮储能电源系统。该系统采用合金钢高速飞轮储能、永磁同步电机实现电能充放,采用DSP控制功率器件实现电机的变频调速和发电整流。用有限元分析方法求解高速飞轮、永磁体嵌入式电机转子的强度问题。飞轮电机轴系采用永磁轴承与滚动轴承混合立式支承方式,本机动平衡后,系统平稳运行到额定转速3 600 r/min。飞轮储能电源系统在1 800~3 600~1 800 r/min区间充电放电循环效率为86%。     

飞轮储能用高速永磁同步电机技术综述

飞轮储能是一种应用前景广阔并已经得到实际应用的先进储能技术。电机作为飞轮储能系统中实现电能与机械能之间相互转换的核心部件,其性能直接影响着整个飞轮储能系统的性能。文章分析了国内外飞轮储能用高速电机的研究现状,总结了目前国内外高速飞轮电机主要结构和应用场合。阐述了飞轮储能用高速永磁同步电机的关键技术,包括转子机械强度与动力学设计,转子涡流损耗的影响因素及削弱方法,电机的冷却和散热,轴承的选择等,为进一步提高电机转速提供参考。     

飞轮储能与轨道交通系统技术融合发展现状

飞轮储能系统作为当前最受关注的储能系统之一,在轨道交通领域的优势较为显著.基于轨道交通领域中最为典型的城市轨道(地铁)及高铁系统,分析了飞轮储能技术的研究应用现状及发展趋势.介绍了飞轮储能的技术原理及其特点,基于两种典型轨道交通系统,梳理了飞轮储能技术的应用现状;分析并展望了飞轮储能技术在轨道交通领域的发展趋势,为行业...     

用于故障穿越的飞轮储能双三相异步电机驱动控制研究

随着海上风电场的发展和高压直流输电技术的应用,风电场系统存在交流侧故障穿越的问题。针对这个问题,提出了一种用于故障穿越的基于模块化多电平变频器和双三相异步电机的飞轮储能系统,并设计了其驱动控制方案。飞轮储能系统采用了模块化多电平技术能方便地构建大功率高压变频器,并具备扩容能力。为了提高飞轮储能系统的可靠性,采用了双三相异步电机驱动,从而提高了冗余性。接着设计了能均衡各个模块电容电压的双三相异步电机驱动控制算法。最后,基于MATLAB/Simulink仿真平台建立了风电场和飞轮储能系统的仿真模型,进行了仿真计算。仿真结果验证了飞轮储能系统的功能和驱动控制策略的性能。     

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%。     

基于飞轮储能系统的控制方法仿真研究

采用集中式供电的电力供应存在着较大的安全问题,而基于飞轮储能的分布式能源技术是一个较好的方案。建立了飞轮充放电仿真模型,实现了电能转换机械能和机械能转换电能。实验结果证明,建立的充放电模型是正确的。该模型不仅为直流无刷电机/发电机的设计提供了参考依据,而且为DSP软件设计提供了技术上的帮助,有助于实现飞轮转速的"S"形曲线,确保飞轮运行的安全、可靠、稳定。     

基于飞轮储能的独立光伏发电系统的研究

光伏发电系统由于受到自然因素的影响,输出功率具有随机性,因此需配置一定容量的储能设备,以确保供电的可靠性和持续性。飞轮储能的充放电速度较快,功率密度高且环保,是一种非常理想的储能元件。研究了配置于独立光伏发电系统的飞轮储能系统,并分别地提出了充电时和放电时的控制策略。最后利用仿真软件Matlab/Simulink搭建了相关模型,在仿真结果中,实现了直流母线电压的稳定控制,验证了控制策略的有效性和灵活性。     

飞轮贮能电池的发展与应用

介绍了飞轮贮能电池作为一种新概念电池所具有的优点：比能量、比功率大，寿命长，无二次污染；概括了飞轮储能电池所涉及的相关技术领域；对国内外飞轮储能技术的发展现状、主要应用领域和发展趋向进行了详细的论述。     

飞轮储能系统中能量转换环节

本文介绍了飞轮储能系统的能量转换环节。     

飞轮储能在风电系统中的应用及仿真分析

在飞轮储能系统基本结构和工作原理的基础上,对其在独立运行和并网型风力发电系统中的应用进行了阐述,并以Matlab为平台搭建了飞轮储能系统的仿真模型。由于充电模型和放电模型仅转子运动方程部分不同,所以仅建立了充电模型,其中包括电机模块、位置检测模块、系统控制器模块和输出电压模块。最后,基于所建立的仿真模型,对充放电完整过程进行了仿真,并分析了改变转动惯量、摩擦系数和磁极对数对系统转速性能所造成的影响。仿真结果和理论分析一致,证实了所建立的飞轮储能系统的正确性。     

用于平抑风电波动的飞轮储能阵列容量配置方法

随着我国风力发电的快速发展,风电输出功率的随机性和波动性使得电网调频难度加大,为解决此问题,可采用大容量高功率飞轮储能系统进行平抑,因此亟需研究飞轮储能阵列的容量配置方法,增大系统的利用率并降低初始投资成本。通过建立250 kW/50(kW·h)大容量高功率飞轮储能单元模型,引入相应单元以及阵列控制策略。基于低通滤波方法,在考虑储能阵列的充放电效率以及荷电状态的条件下对储能阵列容量配置计算进行了研究。针对容量配置过程中由于充放电效率而引发的容量配置过大的问题,提出了一种电量调节控制策略,以及一种飞轮储能阵列容量配置方法,通过调整充放电功率指令,减少储能单元数量,实现储能阵列利用率的增大并降低初始投资成本。以储能配置不超过风电场装机容量的20%为约束条件,针对山东某风电场实际输出功率数据,仿真验证了本文提出的飞轮储能阵列容量配置方法。     

直流配网中飞轮储能的虚拟惯性控制策略

新能源渗透率的提高对直流配电网的安全稳定带来严峻的挑战,提出一种适用于飞轮储能的基于下垂控制的虚拟惯性控制方法,用以稳定直流母线电压。首先,在分析飞轮储能及直流配网惯性特性的基础上,构建电压波动与飞轮转速之间的关系,同时构建双曲正切函数对下垂系数进行调整,以对特性曲线的摆动进行控制;其次,利用飞轮的惯性调整能力,增大了直流侧虚拟电容,提高了系统的惯性。最后,利用Matlab/Simulink搭建了光储四端直流配电系统进行仿真分析,结果验证了所提控制策略的可行性与有效性。