飞轮―新的储能方式

文章从飞轮储能的基本原理和它的应用前景出发,说明了它的关键技术和国外发展概况.     

飞轮—新的储能方式

文章从飞轮储能的基本原理和它的应用前景出发 ,说明了它的关键技术和国外发展概况     

磁悬浮支承低功耗储能飞轮

储能飞轮由于其高储能密度、高寿命及高充放电次数而在能量储存系统中得到广泛重视。首先开发了以普通磁悬浮轴承支承、普通永磁无刷直流电机驱动和发电的FW-15A储能飞轮系统,用以验证高速磁悬浮支承系统的功能、制造安装,并分析储能飞轮系统的功耗。在FW-15A的基础上,开发出FW-15B系统,该储能飞轮系统侧重于降低功耗,采用新型永磁偏置径向和轴向磁轴承,采用杯形绕组永磁无刷直流电机。试验表明,在飞轮转子静止时,FW15-B和FW15-A的磁轴承功放输入功率分别为3.59W和29.6W;在25974r/min飞轮转速时,FW15-B和FW15-A的电机功放输入功率分别为10W和20W。     

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。     

基于磁悬浮飞轮储能的脉冲功率电源系统设计

设计构建了一套基于磁悬浮飞轮储能的脉冲功率电源系统,该系统主要包括储能部分、充电部分、放电部分及监控系统。储能部分采用磁悬浮飞轮储能装置,充电部分采用充电电源和充电机,放电部分采用逆变器和变压器,监控系统实现对整个系统的数据采集、存储、监视和控制。系统的运行状态包括静止状态、启动状态、充电状态、放电状态、待机状态和停机状态。通过监控系统对整个系统的运行状态进行协同控制,保持系统正常运行。搭建模拟测试系统进行了实验测试,结果表明,测试系统能够在3 ms内快速响应,输出秒级的脉冲平顶波。该系统采用模块化设计,容量配置灵活,响应速度快,使用寿命长,建设周期短,运维简单,可满足多种应用场景下的脉冲功率电源需求。     

超导磁悬浮飞轮储能的基本原理和发展现状

普通的飞轮储能由于机械轴承的摩擦,难以实现高效、长时间储能。利用超导体可以实现低损耗磁悬浮飞轮储能。文中在介绍飞轮储能和超导磁悬浮轴承原理的基础上,分析了超导磁悬浮飞轮储能的基本特性和发展现状,同时阐述了超导磁悬浮飞轮储能的主要技术课题。     

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。     

飞轮储能用混合磁悬浮轴承温度场分析

磁悬浮轴承(MBs)作为飞轮系统的重要组成部分,工作在真空环境,然而散热条件差,温度过高严重影响了飞轮的运行,降低了飞轮的可靠性。在对飞轮储能用混合型磁悬浮轴承损耗进行分析的基础上,利用ANSYS有限元软件建立混合型磁轴承的3D热模型,将不同运行状态下磁悬浮轴承的损耗作为热源导入温度场中,得到了磁悬浮轴承在不同运行状态下的温度分布,为磁悬浮轴承的设计和温升控制提供了重要的依据。     

小型飞轮储能系统高温超导磁悬浮轴承

介绍了采用氧化物超导体钇钡铜氧(YBCO)准单畴块材作为定子构件、钕铁硼永磁体作为转子构件的立式全超导磁悬浮轴承初步研究结果。其中,转子系统由转轴、永磁体和飞轮共同组成,在三相调频感应电机驱动下,转子系统最高试验转速可达15 000r/min。初步测试结果 (0~200Hz)显示,在转动频率f0接近25Hz系统发生共振,共振时转子最大径向摆动约为±170?m。在35~200Hz范围内转子运行状态稳定,最大径向摆动约为±50?m。实验结果显示,超导磁悬浮轴承转动损耗主要来自磁滞损耗和涡流损耗,而磁场分布不均匀性与超导定子材料的磁通蠕动可能是导致转动损耗的主要原因。     

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的应用研究的又一热点。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与特性,简要介绍了国内外超导飞轮储能技术的研究开发情况。     

飞轮储能系统用超导电磁混合磁悬浮轴承设计

提出一种将径向超导磁轴承和轴向电磁轴承集成于一体的混合磁悬浮轴承结构设计,用于超导飞轮储能系统中支撑飞轮转子。利用多物理场仿真软件Comsol对超导径向磁悬浮轴承悬浮力进行仿真计算,在电磁轴承定子铁心内环内径、外环外径参数已知的条件下利用Ansys Maxwell软件以电磁力最大为目标对结构参数进行优化设计,并分析了超导和电磁轴承关键性能参数的相互影响,试制原理样机,测量悬浮力并比较了其优势。测量结果表明,利用超导轴承的自稳定性可减小混合轴承悬浮力合力随气隙增大而减小的速率,降低电磁轴承控制器的响应速率,将液氮作为冷却介质可有效解决电磁轴承线圈的发热问题,集成结构设计可提高磁悬浮轴承的悬浮力体积比,验证了其有效性。     

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。     

混合磁轴承在磁悬浮飞轮储能系统中的应用

提出了一种新型的采用由电磁铁和永磁体组成的混合磁轴承的飞轮储能系统,分析了其工作原理,根据其特有的机械结构设计了基于DSP的轴向单自由度悬浮控制系统,并实现飞轮转子的稳定悬浮.实验结果表明,和传统电磁轴承相比,混合磁轴承具有机械结构简单、控制功率小、控制器成本低、易于实现等优点.     

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.     

城轨交通用飞轮储能阵列控制策略

在城市轨道交通供电系统中引入飞轮储能系统能够有效回收列车再生制动能量,稳定直流接触网电压,但是单飞轮储能系统容量较小,难以满足列车再生制动能量利用需求.飞轮储能阵列是解决这一问题的有效手段,然而目前对飞轮储能阵列控制策略的研究还较少.该文首先分析飞轮储能系统的数学模型和运行特性;然后考虑稳压节能及弱磁需求,给出基于多电压阈值的单飞轮储能系统控制策略;并在此基础上针对飞轮阵列均速控制和荷电状态(SOC)管理等核心问题,提出基于转差修正控制和基于"电压-转速-电流"三闭环控制的两种飞轮储能阵列控制策略;最后通过仿真和实验验证了飞轮储能阵列控制策略的可行性.     

磁悬浮储能飞轮高速永磁电机设计及优化

高速磁悬浮储能飞轮是一种新型高比功率储能装置,其中高速大功率电机是能量转换与传输控制的核心。本文针对所研究的300kW磁悬浮飞轮储能系统的应用特性提出了一种轴式永磁同步电机方案,从电磁、结构和控制等方面进行综合分析与设计;在此基础上,为了适应高速稳定运行、高功率放电对高速电机提出的新要求,从转子的结构强度、电机损耗、运行区间的效率、转矩波动等方面出发对电机的设计参数进行优化分析。结果表明：优化后的电机结构强度高,能够满足储能飞轮在高转速、高功率连续充放电等工况下的使用要求,15000～30000r/min工作转速范围内电机效率达到90%以上。     

飞轮储能工程应用现状

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、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,已受到科技界和企业界的密切关注,成为国际能源界研究的热点之一.对飞轮储能的原理、工作模式和五大关键技术(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)进行了较全面的阐述.以飞轮储能三方面典型应用为例,介绍了国外飞轮储能的工程应用实例,并对国内各研究机构的研究成果进行了简单介绍,最后,对飞轮储能的未来研究趋势进行了总结与展望.     

节能环保的飞轮储能型UPS

引言飞轮用于储能已有数千年历史,从古老的纺车,到工业革命时的蒸汽机,主要是利用它的惯性来均衡转速和闯过死点,但是利用惯性来维持均衡转速的时间非常短,虽然在非常短的时间内飞轮的耗能非常小,可以忽略,但是UPS供电系统往     

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.     

飞轮储能技术及其应用

介绍了飞轮储能的基本原理、发展动态以及应用方向。