新型飞轮蓄能系统

介绍了欧美国家研制的新型飞轮蓄能系统,体积小,重量轻,损耗低,易与电力系统连接。这一新技术将给电力贮存领域带来一场新的革命。     

Theoretical calculations and experimental validation of flywheel energy storage density

飞轮储能密度是衡量转子材料结构技术水平的重要指标,分析了储能密度的计算方法和工程制约因素,提出了一种简要的工程计算方法,并应用于一文献所给出的飞轮结构的储能密度分析和校核.目前我国的实验飞轮线速度没有超过800 m/s,储能密度小于60 W·h/kg.     

Analysis and design of the capacity and efficiency of a flywheel energy storage system

分析了飞轮储能系统能量、功率参数特性。飞轮储能系统单机可实现储能0.5 ～ 100 kW·h、功率2～ 3000 kW。提出了储能100 kW·h级飞轮的方案,采用中低转速合金钢飞轮转子,储能密度13～ 18 W·h/kg,计算许用应力为800 MPa。尺寸为米级的飞轮转子整体锻造难度较高,可采用多圆盘轴向联接的结构设计。采用3层或4层纤维缠绕复合材料高速飞轮转子结构,分别进行了径向等应力结构设计,计算表明9000 r/min三层纤维缠绕复合材料飞轮和15000 r/min四层纤维缠绕复合材料飞轮均能够满足工作转速下的结构强度要求,储能密度50 ～ 70 W·h/kg。     

Online balancing of the rotor-bearing unit of the flywheel energy storage system

采用SB-7700型动平衡仪对400 kW/10 MJ飞轮储能系统轴系进行了本机动平衡,依据动平衡结果,提出了增加平衡工艺飞轮的修改设计.采用两平面方法进行本机动平衡后,飞轮储能机组达到额定3600 r/min的高速稳定运行.振动测试表明,充电,放电状态振动特性有所差别,放电功率对共振区振动幅频特性有显著影响,这反映了永磁电机电磁力对同步振动的作用.     

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。     

Application and research of flywheel energy storage system in electrified railway

本文提出了通过飞轮储能系统在线路负荷较重时对电网释能来降低变压器的出力,从而降低最大需量值或变压器容量;因为铁路负序最严重的时候为变压器处于峰值功率时,所以还可有效降低负序电流。由于飞轮储能装置是个储能体,同时具备储能和释能的双重功能,所以此系统还可吸收再利用机车制动时产生的制动电能,有效降低电度电费成本。本文先后介绍了系统整体结构、变流器系统、飞轮储能装置、测控单元,然后根据实际变电站参数和实测牵引负荷数据建立了该系统的仿真模型进行仿真,表明了所提出的飞轮储能系统应用于电气化铁路进行削峰填谷的正确性。     

Economic analysis of PV/diesel hybrid system with flywheel energy storage

This paper analyzes a hybrid energy system performance with photovoltaic (PV) and diesel systems as the energy sources. The hybrid energy system is equipped with flywheel to store excess energy from the PV. HOMER software was employed to study the economic and environmental benefits of the system with flywheels energy storage for Makkah, Saudi Arabia. The analysis focused on the impact of utilizing flywheel on power generation, energy cost, and net present cost for certain configurations of hybrid system. Analyses on fuel consumption and carbon emission reductions for the system configurations were also presented in this paper.     

Application of flywheel energy storage equipment in vital places

飞轮储能设备在重要场所,可以被用于支撑大功率负载。应用时,需充分考虑供电系统的电能质量指标,电能质量可以系统地用各种指标描述。本文首先介绍了电能质量的国家标准,其次介绍了几类较常见的电压敏感类用电设备。最后介绍了一个案例,案例显示飞轮储能设备在重要场所带大功率敏感用电设备时,其输出稳定可靠。     

Analysis of stress characteristics of energy storage flywheel with different materials

为了解储能飞轮的应力特性,进而对其结构进行设计及优化,基于Workbench考虑多因素对其进行有限元对比分析研究。对给定速度的7075铝合金飞轮应力分布、不同转速下7075铝合金飞轮应力特性和不同材料的飞轮应力变化规律分别进行有限元分析研究。结果表明：7075铝合金材料飞轮在15000 r/min转速下最大径向应力出现在内壁,向外逐渐减小,最大值为243.42 MPa,最大环向应力出现在飞轮轮缘与轮盘交汇处,最大值为122.61 MPa。随着转速增大,应力值也增大,最大应力值位置未发生变化,相同转速下,7075铝合金作为飞轮材料优于其他3种合金材料。研究结果可为储能飞轮的结构设计及优化提供参考。     

Analysis and optimization of an interference fitted composite material rotor of a superconducting energy storage flywheel

为了提高储能飞轮的储能密度,设计了一种金属轮毂和3个复合材料圆环过盈装配的磁悬浮外转子飞轮;采用平面应力方法建立了转子的应力模型,以复合材料圆环的厚度和环间过盈量为优化变量,以储能量为优化目标,在强度约束条件下,通过序列二次规划法对转子进行优化设计,将转子的极限转速从50000 r/min提高到57797 r/min,储能密度由40 W∙h/kg升高到53.8 W∙h/kg,储能量升高34.5%.该研究方法和结果可以为复合材料储能飞轮的设计,制造和优化提供依据.     

Smooth transition from wind only to wind diesel mode in an autonomous wind diesel system with a battery-based energy storage system

High wind penetration wind diesel hybrid systems (WDHS) have three modes of operation: Diesel Only (DO), Wind Diesel (WD) and Wind Only (WO). The WDHS presented in this article consists of a wind turbine generator (WTG), a diesel engine (DE), a synchronous machine (SM), the consumer load, a battery-based energy storage system (BESS), a discrete dump load (DL) and a distributed control system (DCS). The DE can be engaged (DO and WD modes)/disengaged (WO mode) from the SM by means of a clutch. The DCS consists of a sensor node, which measures the SM and DE speeds, calculates the reference active power P_REF necessary to balance the active power in the WDHS and communicates this P_REF value with a message to the BESS and DL actuator nodes. In the WO mode, the power sources are the WTG and the BESS (temporary) and if there is an active power shortfall, the DCS, to prevent a frequency collapse, must order to start the DE, wait until the DE reaches the SM speed and lock the clutch, changing to the WD mode. With the clutch locked, the combined actuation of the DE+BESS will raise the system frequency to the rated value. This WO to WD transition is simulated in this article showing graphs for frequency, voltage and active powers for the elements of the system. These graphs are compared with the ones obtained if the BESS does not actuate in WD mode. The comparison results show that with the BESS actuation in WD mode the settling time is reduced a 50%, the over and under shooting in the system frequency are eliminated and the system voltage variations are reduced a 40%.     

风力发电机用飞轮储能智能控制系统研究

针对在风力发电机上具有广泛应用前景的飞轮储能技术,设计了储能系统的矢量控制器硬件电路及实验平台、电机控制系统的主电路和驱动电路、DSP主控板、电压及电流信号的采集系统等。基于矢量控制原理,进行了电机控制系统仿真研究。仿真结果表明,该系统能够精确地实现对电机速度的跟踪。在飞轮储能与风力发电模拟系统的试验中,为了验证控制系统的响应速度及稳态精度,利用交流电网对飞轮充电,有效地实现了飞轮与电机的耦合及飞轮能量的快速存储和释放。     

飞轮储能技术研究五十年评述CSCD

本文回顾了飞轮储能技术研发50年的历程,分析了飞轮储能技术特点、应用领域以及关键技术问题。飞轮储能具有功率密度高、循环寿命长、响应迅速、能量可观性好以及环境友好的优点。当前,研制的飞轮储能系统单体能量为0.5~130 kW·h,功率为0.3~3000 kW。重点关注了飞轮用低成本高比强度新材料、高温超导磁悬浮技术。飞轮储能在电能质量调控、不间断过渡电源以及电网调频领域实现了商业化应用,在车辆混合动力领域的示范应用中实现节能20%~30%,处于产业应用的临界点。针对电网规模大功率、高能量储能需求,发展趋势是由数十千瓦时以下发展到百千瓦时,并通过阵列化组装成10~100 MW储能系统,放电时间可拓展到1 h。     

飞轮储能技术及关键问题解决措施

飞轮储能具有大储能、高效率、无污染、长寿命及可实现连续工作等一系列优点,是一种具有极高研究价值和广阔的未来应用前景的新型储能技术,已受到社会的普遍关注(包括科技界、企业界),成为国际上在能源方面的热点。对飞轮储能的原理、工作模式和五个关键技术进行了较全面的阐述,指出了飞轮储能存在的关键问题(解决安全性、提高储能效率、降低成本及研究过程中制定模型的仿真方案问题)及解决对策,为进一步研究提供参考。     

针对并网型风储微网的飞轮储能阵列系统控制方法CSCD

由于新能源发电存在波动性和间歇性,其大量接入时会给电网运行带来新的困难,而利用储能技术提高新能源的可调度性是当前研究的热点。为缓解新能源并网对电力系统的不良影响,针对并网型风储微网提出了一种基于飞轮储能阵列系统的分层优化控制方法,上层优化中心根据功率缺额和各台飞轮的转速建立相应充/放电优化模型,并求解相应飞轮的功率参考值;下层飞轮控制器采用双模双环控制方法,实现飞轮转速和输出功率的控制,最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制方法的有效性和可行性。     

Application of array 1 MW flywheel energy storage system in rail transit

本文根据城市轨道交通的运行特点和车辆参数提出了一种1 MW阵列式飞轮储能系统,用来吸收再利用机车制动时产生的制动电能。通过对比不同类型的再生制动能量回收方式,突出飞轮储能系统应用在城市轨道交通的必要性和先进性。文中通过对某些线路进行数据测试,根据现有单台飞轮储能装置进行阵列式组合,通过产品优化以及安全计算和工程实施预判,组装出容量为1 MW的阵列式飞轮储能系统,并证明了1 MW阵列式飞轮储能系统在城市轨道交通应用的正确性和可实施性。     

Coordinated control strategy of flywheel energy storage array for micro-grid

本文研究了并联到同一直流母线的飞轮储能阵列协调控制策略,对经典的3种功率控制策略下的荷电状态（SOC）变化率进行了推导和分析,提出改进系数的下垂控制策略,同时针对微网电压低、阻抗小引起的静态误差控制问题,采取引入虚拟阻抗的改进系数下垂控制策略进行补偿,从而改善了系统功率分配精度。最后建立了含风电场的微电网模型,仿真验证上述控制策略的有效性。     

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。     

Review of flywheel energy storage systems for wind power applications

风力发电可以解决能源短缺和环境污染等问题,但由于风速随机性和间歇性的特点导致风电输出电压、功率和频率存在较大波动,因此风电的大规模并网会对现有电网的稳定运行造成不利影响。飞轮储能是一种高效无污染的储能技术,而且通过合理的控制策略和控制设备可实现电网调频及短时间调峰以解决大规模风电并网带来的问题。本文主要介绍了飞轮储能在风力发电领域的应用背景、飞轮储能的结构原理和目前国内外在飞轮储能控制策略方向的研究进展。     

Power smoothing control for wind farms using flywheel based energy storage

在风电场增设飞轮储能装置可以有效地平抑风电场的功率波动,提高电网的风电接纳能力。本文采用在风电场出口母线处接入飞轮储能装置,通过分析风电系统和飞轮储能装置的特性,提出了一种基于瞬时功率理论的有功功率平滑控制策略。在传统低通滤波器的基础上,增加高通滤波器,对网侧有功功率的快速扰动成分进行处理,最终通过低通、高通滤波器来获得飞轮装置的补偿功率,达到对网侧有功功率波动进行抑制的目的。最后利用Matlab/Simulink进行仿真验证,仿真结果表明,文中的控制策略可以较好地实现电网侧有功功率的平滑控制,减小有功功率波动。