飞轮储能装置在重要场所供电中的应用

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。     

复杂工况下储能飞轮转子传力支承与减振设计

针对复杂工况下飞轮转子上、下传力支承角接触球轴承与支座间隙配合导致的振动问题,以及真空环境下振动控制问题,提出飞轮转子上支承采用圆柱滚子轴承,下支承采用深沟球轴承+成对角接触球轴承联合传力支承方案,解决了复杂工况下轴向力调整、磁轴承失效、轴向力平衡、支承刚度连续、支承系统变形协调等结构设计难题。同时引入一种主控式弹支干摩擦阻尼器（ESDFD）,抑制转子径向振动。采用有限元法建立ESDFD-储能飞轮转子系统耦合动力学模型,计算飞轮转子动力学特性,分析单/双阻尼器对转子振动的控制效果。结果表明：针对转子一阶、二阶模态振动,采用单/双阻尼器控制方式,最大响应均低于30 μm,减振比超过90%。     

大容量电力储能调峰调频性能综述

新能源大规模并网后带来电网频率调节问题,大容量电力储能技术是有效解决途径之一。通过对电力储能的类型和应用场景进行分析,指出在电网调峰调频发挥作用的大容量储能有电化学储能、抽水蓄能、飞轮储能以及压缩空气储能4种类型,介绍了这4种大容量电力储能的性能特点,对其参与电网调峰、一次调频、二次调频性能进行综述,比较各种大容量电力储能调峰调频的特性,指出下一步研究发展趋势。     

一种新型电力系统稳定控制装置

提出了一种新型FACTS装置——多功能柔性功率调节器(FPC),它将飞轮储能技术和传统的同步调相技术有机地结合在一起,同时采用交流励磁和矢量控制等先进技术进行控制。这种装置具有储能、发电、调相等多种功能,将其用于电力系统的稳定性控制,可实现动态有功功率和无功功率同时双向大范围的快速调节,具有增强电力系统稳定性的能力。详细论述了柔性功率调节器的工作原理,建立了装置的稳态等值电路模型,分析了装置在不同运行方式下的功率传递关系。同时,还介绍了FPC的一个主要组成部分——基于SPWM的双VSC变频控制器以及三相SVC的矢量控制原理。用数字仿真的方法研究了FPC与电网进行四象限功率交换的特性。最后,用一个单机无穷大系统,通过仿真分析,验证了FPC所具有的巨大的稳定电力系统的能力。     

磁轴承变饱和柔性变结构控制

采用磁轴承取代传统机械轴承,可消除飞轮储能装置机械摩擦,提高转子临界转速.针对磁轴承控制系统响应快、运行稳定的要求,设计了一种变饱和柔性变结构控制器.根据磁轴承的基本结构与悬浮力模型,建立了系统的状态方程;通过有限元仿真,分析了磁轴承耦合性,确定了系统基本控制方案;将柔性变结构和变饱和项结合,当系统存在较大偏差时只通过线性控制器调节,在中等偏差时通过线性控制器和变饱和状态控制器一起调节,在小偏差时由线性控制器和变饱和状态控制器转变的线性控制器一起调节.仿真与实验结果表明,变饱和柔性变结构控制满足实时控制的要求,磁轴承控制系统具有较快的响应速度和较高的运行稳定性.     

磁悬浮飞轮锁紧保护技术研究与发展现状

介绍了国内外常用的磁悬浮飞轮用一次性锁紧装置和可重复锁紧装置,分析了它们的结构和工作原理。综述了这些磁悬浮飞轮用锁紧装置的研究现状及其在卫星姿态控制系统中的应用。介绍了国外一次性内/外锁紧方案,结合各种方案结构示意图,给出了不同锁紧装置的适用场合。为克服一次性锁紧装置不可重复锁紧/解锁的缺点,论述了国内可重复锁紧装置的发展过程,重点分析了基于楔形块自锁的可重复内锁紧装置和可重复抱式外锁紧装置。展望了锁紧保护技术的未来发展方向,指出基于单执行机构的可重复内锁紧装置、高锁紧刚度、高阻尼可重复锁紧装置和锁紧保护效果评价方法是磁悬浮飞轮保护技术的研究重点。     

基于场路结合的姿控飞轮驱动电机

常规的姿控飞轮驱动电机的设计只能基于经验通过重复计算得到设计参数,且无法得到最优参数。本文以磁路法和有限元法(FEM)为基础,提出以驱动电机的有效径长比为核心的姿控飞轮驱动电机的设计方法。设计磁路时,首先基于电机的等效电路建立径长比与表征电机性能的参数之间的计算模型,然后采用拉普拉斯方程的有限元法计算气隙磁通密度和电感用于精确分析电机性能。采用该方法设计了一台5Nms轮毂驱动型飞轮电机,仿真分析了电磁转矩脉动和机械特性曲线。结果显示其调节特性的理论计算值与试验值一致,电磁结构的最大设计误差为2.9%。该方法适用于姿控飞轮驱动电机的设计,且具有准确、简洁和快速的特点。     

磁悬浮飞轮用可重复抱式锁紧装置

针对磁悬浮飞轮锁紧装置用整体碳纤维弹片不便拆卸和一次性锁紧装置不可重复锁紧/解锁的缺点,提出了一种基于分立式弹片释放机构的可重复抱式锁紧装置。介绍了锁紧装置的结构、工作原理和弹片方案,通过将弹片释放机构等效为悬臂梁-质量块模型,对其进行了静力学和动力学分析。基于分析结果,选择灵敏度较高的结构参数作为优化设计变量,并考虑结构强度、解锁力和一阶共振频率,以软件iSIGHT为平台,对弹片进行多学科优化设计。优化结果表明,弹片个数为10时,弹片总质量达到最小为207g,比初始质量477g减少了56.6%。根据优化结果加工了一套锁紧装置,并利用正弦扫频振动和随机振动试验对其进行验证,验证结果显示该锁紧装置能够有效保护飞轮系统。