先进飞轮储能电源工程应用研究进展

先进飞轮储能电源研究目前集中于三项关键技术:为提高飞轮储能密度的复合材料设计与制作:高效高速大功率永磁无刷电机研制以及重型飞轮的高温超导磁体悬浮轴承技术.经过30余年以工程应用为目标的飞轮储能电源系统实验研究为飞轮电源的工业化应用奠定了坚实的基础,低速飞轮作为不间断电源UPS的储能元件在10年前开始在不间断电源工程中得到商业推广应用,高速飞轮因其技术难度大而至今处于工程试用研发阶段.飞轮储能电源技术在国内研究广泛,理论研究丰富,但工程应用研究进展缓慢.     

飞轮储能用磁悬浮开关磁阻电机多目标优化设计

研究了一种基于遗传粒子群综合算法(GPSOA)的飞轮储能(FES)用的单绕组磁悬浮开关磁阻电机(SWBSRM)多目标优化设计方案。结合有限元分析(FEA),通过敏感性分析得到SWBSRM悬浮力与效率随主要尺寸参数变化的一般规律。在此基础上,利用GPSOA以悬浮力和效率为目标函数对SWBSRM进行了全局寻优,获得使悬浮力最大和效率最高的参数优化组合。利用FEA对比优化前后电机悬浮力、铁损及磁密的大小,验证了GPSOA多目标优化的有效性。     

多功能柔性功率调节器的动态运行特性研究

多功能柔性功率调节器(FPC)是一种带有大转动惯量飞轮储能单元的双馈电机,采用电压源型双PWM变换器作为交流励磁方式.介绍了所研制的10 kW FPC动模试验样机的基本参数,建立了样机的详细数学模型,并在调相、次同步、超同步等运行状态下进行了仿真研究.同时将样机在同样的运行状态下进行动态模拟实验.仿真和实验结果表明,FPC能够实现有功功率和无功功率的解耦控制,具有良好的动态运行特性.     

定子无铁心飞轮电机绕组涡流损耗分析

定子无铁心飞轮电机的绕组完全暴露于变化的磁场中,高速运行时绕组导体产生的涡流损耗很大,严重影响电机效率。本文推导了圆形导体在变化磁场中的涡流损耗模型,进而建立了飞轮电机绕组涡流损耗的计算模型。涡流损耗模型由两部分组成,一部分是由径向磁场产生的损耗,另一部分是由切向磁场产生的损耗,径向磁场和切向磁场可以通过求解电机静磁场或有限元仿真计算得到。文章结合有限元仿真计算得到的磁场对绕组的涡流损耗进行了估算,并对飞轮电机样机进行实验,实验结果证明了相关理论的正确性。     

基础影响下车载飞轮电池动态性能的联合仿真分析

以车载飞轮电池为研究对象,利用ADAMS软件建立了飞轮转子与等效基础的机械模型,并利用MATLAB软件建立了相应的不完全微分PID控制器模型.通过联合仿真分析了基础的加速、减速、转弯和爬坡运动,以及因路面不平整引起的基础纵向振动、横向振动和俯仰振动对高速飞轮转子系统动态性能的影响.仿真结果表明,基础的不同运动状态均会对高速飞轮转子的稳定运行产生显著影响,仿真分析结果可对车载飞轮电池的设计提供有益参考.     

卫星用储能/姿控两用飞轮

本文介绍了惯性器件飞轮在卫星储能／姿控系统中的作用、原理和控制的优越性。探讨了在飞轮储能系统作用下卫星的姿态控制问题。     

基于BP网络的飞轮电池电力转换控制研究

飞轮电池储能用集成电机时变非线性特点使得传统PID控制难以得到理想的控制性能,为此基于BP神经网络研究了一种新颖的飞轮电池电力转换器。该控制器结合BP神经网络自学习能力和PID控制的全局渐近稳定性能,通过神经网络在线优化调节PID参数,以实现对飞轮电池的高性能控制。其中,采用变学习速率的神经网络学习算法,学习速率随收敛过程误差的大小而自适应地进行调整,同时使用遗传算法(GA)优化得到PID参数的初始值,这可加快神经网络学习训练的收敛速度并避免陷入局部最小,进一步提高控制性能;另外,PWM采用SVPWM技术以增强能量转换效率和减小转矩脉动。数字仿真表明,基于所提出的BP-PID控制的电力转换矢量控制系统能够使飞轮电池在充放电两端都具有较快动态响应,较小超调,较高稳态精度以及较强的鲁棒性,控制效果明显比传统PID好。     

磁悬浮飞轮储能系统机电耦合非线性动力学研究

针对磁悬浮飞轮储能系统的"磁悬浮飞轮-发电机"机电耦合非线性动力学特性进行研究.通过推导磁悬浮飞轮储能系统在偏心条件下的动能、势能、发电机系统的磁场能以及系统的耗散函数,由Lagrange-Maxwell方程建立磁悬浮飞轮系统和两相四极永磁发电机系统的机电耦合动力学方程.采用数值法对0.6MW磁悬浮飞轮储能系统进行了仿真分析,研究结果表明,系统机电耦合非线性方程存在稳定的与转速同频的基频和三倍频周期运动解,且基频振动幅值比三倍频振动幅值大.对于稳定的磁悬浮储能飞轮机电耦合系统,飞轮转速增大,或磁轴承系统刚度减小或阻尼增大,或磁场能(电枢反应磁场能或永磁励磁磁场能)减小,可使系统的非线性振动幅值减小.而增大磁轴承系统的刚度,或减小磁轴承系统的阻尼,或增大系统的磁场能有可能破坏机电耦合系统的稳定性,使飞轮失稳.     

多功能柔性功率调节器的启动和并网研究

多功能柔性功率调节器（FPC）可视为不带机械负载且转动惯量很大的双馈电机,具有独立快速的有功、无功调节能力,在提高电力系统稳定性和改善电能质量等方面具有患好的应用前景。文中主要研究了FPC的启动和并网方法。根据FPC自身的特性,选用了转子串电阻启动和直接变频启动这2种启动方法,并进行了详细的理论和数字仿真分析。这2种方法都采用了直接并网方式,尤其是后者既无需控制策略的切换,也无需增加额外的辅助启动设备,因而最为理想,可为双馈电机所借鉴。     

Performance investigation on ultrasonic levitation axial bearing for flywheel storage system

The bearing is an important basic mechanical part for supporting a shaft. A flywheel storage system needs a type of noncontact support bearing to enhance the speed of the axis. A magnetic suspension bearing is one type of noncontact bearing but has electromagnetic interference to other electric equipment. Based on the performance research of ultrasonic levitation technology, a novel noncontact bearing called ultrasonic bearing is presented, which consists of a special piezoelectric vibrator supporting the load. Experiments are carried out to study the relationships among the amplitude of the vibrator and levitation clearance, the highest speed of the axis, and the frictional moment of the axis. Results show that the levitation clearance becomes smaller gradually with increasing load; the rotation speed is up to 8946 r/min, and the friction moment is only 2.095×10⁻⁵ N·m when the levitation clearance is 8.53 μm. The ultrasonic bearing is highlighted because of its simple structure, strong levitation ability, and low friction moment.