应用于飞轮储能的BLDC电机功率双向流动策略设计北大核心CSCD

电机是飞轮系统实现电能与机械能相互转换的核心。BLDC(brushless direct current)电机具有体积小、噪声低、经济效益高等优点,在储能中得到了应用。为避免电机在充放电过程中产生较大绕组损耗或引入辅助电路稳定输出电压,在搭建应用于飞轮储能的BLDC电机模型基础上,提出改变晶闸管导通与关断顺序的电机充放电控制策略,改变绕组反电势与流经电流方向,实现电机充放电功能。仿真结果表明搭建的BLDC电机模型能够正确表示飞轮运行特性,也表明提出的电机充放电控制策略在不引入额外的电路拓扑结构情况下,能够使电机在充电状态吸收功率,将电能转换为飞轮动能,电机在放电状态释放功率,将飞轮动能转换为电能,并且充放电过程中相关电气量可控,从而实现功率双向流动过程,此控制策略的设计为飞轮储能的机电一体化产品实现提供一定的理论基础。     

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。     

用于风电场功率控制的飞轮储能系统仿真研究

风电输出功率的波动性和间歇性严重影响电能质量。飞轮储能系统因单位储能成本和使用寿命方面的优势,成为当下解决该问题的一种潜在方案。以无刷直流电机作为飞轮的驱动电机,在分析其电动,发电运行的基本原理及数学模型的基础上,建立了飞轮储能系统的仿真模型。结合无刷直流电机双闭环调速系统和风电场功率控制要求设计了飞轮储能系统充电运行的控制方案。探讨了飞轮储能系统的能量反馈机理,利用回馈制动方式和前馈解耦控制策略分别对直流母线电压和电网侧逆变器进行控制,实现放电状态下对风电场输出功率的跟踪。最后通过实例仿真验证了模型的正确性和控制方案的有效性,为飞轮储能系统的设计和在风电场功率控制中的应用提供了参考和指导。     

重力/飞轮综合储能电机变流并网系统设计及运行特性北大核心CSCD

为平滑基于卷扬提升机的重力储能系统中多重物切换导致功率的间歇性和波动性,提出了以重力储能为主、飞轮储能为辅的综合物理储能系统设计和控制策略。首先对重力储能系统和飞轮储能系统的工作原理、控制方法以及电动/发电机和变流器等关键部件进行分析,构建了重力储能和飞轮储能电机并网系统模型;然后仿真两种储能系统在充电、待机和放电工况下,机侧和网侧的相电压、相电流等参数的变化;最后建立了综合物理储能系统的仿真模型,并开展了两种储能系统匹配运行特性的研究,设计了综合储能系统的能量管理和控制策略,并对其在不同运行工况下的运行特性进行仿真研究,验证了综合物理储能系统结构和控制策略的可行性。     

新能源分布式发电系统的控制策略

针对新能源分布式发电系统提出了一种新的能量控制策略。基于飞轮储能系统里矢量控制的感应电机,建立了系统的数学模型。在系统里,采用模糊控制算法实现直流总线电压的自动调整,达到稳定系统的直流总线电压的目的。实验结果证明,在风力发电和飞轮储能联合系统的能量控制过程中使用模糊控制算法,实现了能量的快速存储和释放,起到了稳定系统电压的作用,取得了满意的控制效果。     

Charge and discharge control of a switched reluctance motor based flywheel

根据开关磁阻电机的特性建立了储能飞轮的数学模型,采用Matlab/Simulink仿真分析了系统最大允许电流和电机开断角对系统控制性能的影响。设计了系统充放电控制方式,仿真结果表明,采用电流斩波与角度位置相结合的速度电流双闭环控制方式进行充电控制,采用电流斩波控制的电压电流双闭环控制方式进行放电控制,系统充放电过程具有响应速度快、稳态精度高的特点。最后通过仿真验证了开关磁阻式储能飞轮用作不间断电源的可行性。     

改善风电并网电能质量的飞轮储能系统能量管理系统设计

设计了应用于改善电网电能质量场景下飞轮储能系统的双层结构能量管理系统,其中能量管理系统的上层——决策管理层利用模糊算法,考虑飞轮储能系统状态和平抑风电功率波动需求来确定飞轮储能装置的充放电功率参考值,下层——调度控制层通过双环控制背靠背双PWM变流器实现飞轮储能与电网间的功率交换.在Matlab/Simulink下仿真...     

飞轮储能热管理研究现状分析

飞轮储能可广泛应用于不间断电源、可再生能源并网、电力调峰调频、轨道交通和航空航天等领域。在真空环境下,电机及电磁轴承的散热问题关系到飞轮储能系统是否能够安全运行,是飞轮储能技术发展中亟待解决的关键科学技术问题,针对飞轮储能系统热管理的研究具有重要意义。飞轮储能系统发热主要由电机和电磁轴承引起,电机发热主要来自定子铁心铁损、绕组铜损及转子涡流损耗,电磁轴承发热主要由铁损和铜损构成。转子涡流损耗的分析是准确预测飞轮储能系统发热的基础。电机定子冷却手段主要有风冷、水冷、油冷、热管冷却以及相变冷却等,电机转子冷却手段主要有填充惰性气体增强对流换热、轴孔内油冷、扩展表面强化辐射换热等。目前高速飞轮储能系统采用的轴承主要有电磁轴承和高温超导磁悬浮轴承,传统电磁轴承的主要冷却方式是水冷,高温超导磁悬浮轴承的主要冷却方式是填充低压氦气。系统转子散热是飞轮储能系统热管理的难点,在转子散热技术方案设计中,需要考虑冷却流体挥发、密封和腐蚀问题,以及高黏度冷却流体随转子转动过程中的发热和动能损失问题。转子散热可行的解决方案主要有填充低温惰性气体以强化转子对流换热、电机低损耗设计以消除高频激波以及真空油冷等。     

基于模糊控制的光伏飞轮储能系统有功平滑控制

鉴于太阳日照的间歇性和随机性使光伏发电输出的有功功率会随日照强度的变化而波动,进而影响电能质量、增加了对电网的冲击,在分析光伏飞轮储能系统的结构和特性的基础上,提出了一种基于模糊控制的光伏飞轮储能系统有功平滑控制,利用Matlab/Simulink平台,通过算例仿真分析了光伏飞轮储能系统的飞轮转速、功率输出状况及平滑系数,并与无飞轮储能、简单飞轮储能两种装置进行了比较。结果表明,基于模糊控制的光伏飞轮储能系统有功平滑控制方法较大程度地减小了平滑系数、有效提高了功率的平滑输出、减小了对电网的冲击,验证了模糊控制的有效性和可行性。     

Introduction to motors and controllers of flywheel energy storage systems

简述了飞轮储能系统的基本组成,介绍了飞轮储能系统常用的永磁无刷直流电机、永磁同步电机、感应电机和开关磁阻电机的工作原理和特点,讨论了四种电机的控制策略,分析了各种控制策略的优缺点及其应用。     

超导储能对并网型风电场运行性能影响的仿真分析

采用超导储能(SMES)可以改善风电场并网运行的稳定性,针对风电系统中出现的联络线短路故障和风电场的风速扰动,提出利用超导储能安装点的电压偏差信号作为超导储能有功控制器的控制策略。为了验证这种策略的有效性,建立了风电机组和超导储能装置的数学模型,并利用MATLAB/Simulink软件搭建了风电场接入电网后的仿真模型。仿真结果表明,采用该控制策略不仅可以在网络故障后有效地提高风电场的稳定性,而且能够在快速的风速扰动下平滑风电场的功率输出,降低风电场对电网的冲击。     

清华大学飞轮储能技术研究概况

全面回顾了清华大学在过去17 年内坚持飞轮储能技术研究开发的总体情况。介绍了6 种飞轮储能试验研究系统和工程样机的技术特征,分析了研制过程中遇到的飞轮轴系稳定性、电机设计、充放电控制器调试等关键技术难题,探讨了飞轮储能技术工业化应用开发中应注意的问题。     

Network power flux control of a wind generator

In this paper, a network power flux control of a variable speed wind generator is investigated. The wind generator system consists of a doubly fed induction generator (DFIG) connected to the network associated to a flywheel energy storage system (FESS). The dynamic behaviour of a wind generator, including the models of the wind turbine, the doubly fed induction generator, the back-to-back AC/AC converter, the converter control and the power control of this system, is studied. Is also investigated a control method of the FESS system which consists of the classical squirrel-cage induction machine (IM) supplied off the variable speed wind generator (VSWG). In order to verify the validity of the proposed method, a dynamic model of the proposed system has been simulated, for different operating points, to demonstrate the performance of the system.     

Control of wind generator associated to a flywheel energy storage system

In this paper, a doubly fed variable speed wind induction generator connected to the grid associated to a flywheel energy storage system (FESS) is investigated. The dynamic behaviour of a wind generator, including the models of the wind turbine (aerodynamic), the doubly fed induction generator (DFIG), a ac/ac direct converter, the converter control (algorithm of VENTURINI) and the power control of this system, is studied. Also investigated is a control method of the FESS system, which consists of the classical squirrel-cage induction machine supplied off the variable speed wind generator (VSWG) through a rectifier–inverter cascade arrangement. Simulation results obtained on the basis of the dynamic models of the wind generator are presented, for different operating points, to demonstrate the performance of the proposed system.     

飞轮储能技术及其耦合发电机组研究进展

目的  双碳目标的提出增加了新能源电力嵌入的必要性,为了研究提高机组灵活性的方法,文章对飞轮储能技术及其耦合发电机组的相关研究进行了详细介绍。 方法  文章概括总结了飞轮储能的工作原理、研究现状与成果以及应用难点与措施,分析了研究飞轮储能的系统建模与运行策略的具体方法,并对飞轮储能分别耦合火力发电、风力发电以及太阳能发电的原理与应用特点进行了重点分析。 结果  我国的飞轮储能系统研究已经取得较为先进的成果,并且形成了一套有效的研究方法,在飞轮储能技术耦合多能源发电机组方面也进行了一定的研究。 结论  在当今环境下,飞轮储能技术耦合多能源发电机组已经成为研究趋势与重点,本文所总结内容为后续飞轮储能技术的应用提供了参考。     

新型飞轮储能电池在独立运行式风力发电系统中的应用研究

本文提出了一种采用飞轮储能电池来充当能量储存器和电能质量调节器的独立运行式风力发电 系统,它由新型飞轮储能电池、风力发电机系统两大部分组成。文中分析了飞轮储能电池的储能和调节 电能质量的作用,详细分析了直流侧电压的调节方法,利用能量平衡原理推导出了前馈参数(iL-iG)与 定子电流iq的关系,并给出了控制方法。仿真结果证明了该系统具有优越的储能和改善电能质量的效 果。     

风/柴/储能风力发电系统储能装置控制与仿真

采用电压外环和电流内环的控制方法,设计了风/柴/储能发电系统储能装置控制器电路,该控制器适用于连接在系统直流母线上蓄电池等储能装置的控制。在Matlab环境下,对该控制器进行了仿真,结果表明,该控制器能确保储能装置稳定运行,满足风/柴/储能风力发电系统对电压稳定的要求。     

Flywheel energy storage systems: Review and simulation for an isolated wind power system

In flywheel based energy storage systems (FESSs), a flywheel stores mechanical energy that interchanges in form of electrical energy by means of an electrical machine with a bidirectional power converter. FESSs are suitable whenever numerous charge and discharge cycles (hundred of thousands) are needed with medium to high power (kW to MW) during short-time periods (seconds–minutes). Monitoring of the FESS state of charge is simple and reliable as only the spinning speed is needed. The materials for the flywheel, the type of electrical machine, the type of bearings and the confinement atmosphere which all together determine the FESSs energy efficiency (>85%) are reviewed. Main FESS applications: power quality, traction and aerospace are presented. Additionally in this paper it is presented the simulation of an isolated wind power system (IWPS) consisting of a wind turbine generator (WTG), a consumer load, a synchronous machine (SM) and a FESS. A low-speed iron flywheel driven by an asynchronous machine (ASM) is sized for the presented IWPS. The simulation results with graphs for system frequency, system voltage, active powers of the different elements, and FESS-ASM speed, direct and quadrature currents are presented showing that the FESS effectively smoothes the wind power and consumer load variations.     

Flywheel energy storage systems for a 1.5 MW wind generator applications

飞轮储能在电网级别调频、风力发电平滑输出以及分布式发电和微网等领域均具有技术优势。本文研究了应用在1.5 MW风机上的飞轮储能系统,实现了功率平滑输出的目的,确定了飞轮储能系统技术指标并设计了总体方案,分析了飞轮储能系统的电动机/发电机的工作模式,为进一步能量转换系统的开发提供了依据。