摘要：微网中的风力、光伏发电等微型电源随机性强、输出功率波动大,微型电源功率不足,微网抗扰能力弱,由并网状态转入孤岛运行时需切除大部分负荷甚至全部负荷。采用飞轮储能系统辅助的微网方案,利用飞轮储能系统大功率充放电及充放电次数无限制的特点,设计并网逆变器的定功率控制方法。通过网侧功率测量决定并网逆变器的输出电流,实现了平抑微型电源功率和负荷波动的功能。在主电网故障时,飞轮储能系统向微网短时提供大量功率,维持大部分负荷等待主电网重合闸。通过理论分析及仿真实验表明,在微网中应用飞轮储能系统是可行的、经济的、高效的,可提升微网的抗灾变能力。

摘要：通过对风电系统和飞轮储能系统运行特性的分析,针对飞轮转子设计难以安装位置传感器的特殊性问题,提出一种基于自适应非奇异快速终端滑模观测器的飞轮储能无传感器控制策略,提高转子位置角估计精度。此外,针对飞轮储能系统参考功率指令滞后的问题,在无传感器控制基础上,引入自适应滤波算法作为飞轮储能控制系统的功率给定,以减小功率指令滞后现象。在Typhoon HIL 602+仿真平台进行实验验证,结果表明:飞轮储能系统运行性能良好,观测器具有优越的估计性能,能满足飞轮快速充放电并有效平滑风电功率波动的控制需求,同时提高储能利用率。

摘要：介绍一种用于新能源场站调相机-飞轮储能的磁齿轮调速器的电磁设计。基于同心式永磁齿轮的运行机理,该调速器通过改变定子绕组电流的频率,在调相机的固定转速条件下,实现飞轮的无级变速及其与调相机之间的功率交换,使调相机在传统的无功调节功能基础上,增加有功支撑的能力。确定了磁齿轮调速器的基本结构和调速、供电频率范围等基本运行条件,采用有限元软件计算和对比具有不同的永磁体布置与充磁方向、调制环和定子槽基本结构尺寸的磁齿轮调速器的电磁性能,并选定内置V形永磁体和一定的调制块厚度、宽度及定子槽形,作为最终设计方案。该设计方案显著提高了磁齿轮调速器的转矩密度,并具有较高的运行效率。

摘要：针对传统控制器存在的响应速度较慢、超调较大及鲁棒性较差等问题,提出一种基于串级PI-(1+PD)算法的含飞轮储能互联电网AGC控制器设计方法。首先,建立含飞轮储能的两区域互联电网AGC系统模型,模拟飞轮储能联合火电机组参与AGC的过程。然后,设计一种基于串级PI-(1+PD)算法的AGC控制器。外环采用PI控制,内环采用带滤波系数的(1+PD)控制。在保证系统稳态性能的前提下,提高动态响应速度和抗扰能力,并通过粒子群算法的迭代寻优获得最优的控制器参数。最后,基于Matlab/Simulink进行算例仿真分析。结果表明:与传统PID控制和PI-PD控制相比,所提方法不仅具有更快的响应速度与更小的超调量,而且增强了系统抵御内部参数摄动的鲁棒性。

摘要：为钻机混合动力传动系统研制了1套1 MW/60 MJ飞轮储能系统,开展了轴系动平衡、充放电、损耗和效率测试实验研究。采用高强度合金钢变截面飞轮存储动能,飞轮电机轴系为立式支撑结构,重型拼装永磁环轴承承担了97%的轴系重量。永磁电机转子采用格柵结构硅钢内嵌磁钢,以实现较高速度安全运转。基于大容量功率电子变换和电机控制技术,开发了100~300 k W充电、500~1 000 k W放电的控制电路硬件和软件,充电过程中采用了弱磁、转速和电流的双闭环控制策略,放电过程中采用电压闭环和电流前馈控制策略。动平衡后飞轮储能机组振动减少为0.07 mm以内。飞轮储能电源充放电循环效率达到86%~88%。

摘要：为了有效简化系统结构,提高系统功率密度和效率,提出一种外转子Halbach阵列定子无铁心无轴承永磁电机应用于飞轮储能系统的电动机/发电机.阐述了外转子无轴承永磁电机的工作原理;分析了Halbach阵列永磁转子的结构和性能;通过有限元方法对电机的气隙磁场、反电动势、径向悬浮力、单边磁拉力和电磁转矩进行计算和分析;最后采用场路耦合瞬态有限元法分析了无轴承永磁电机的转子涡流损耗.仿真结果表明,与传统的无轴承电机相比,Halbach阵列定子无铁心无轴承永磁电机在气隙磁场、反电动势、径向悬浮力、单边磁拉力、电磁转矩以及转子涡流损耗方面表现出更好的性能,适合应用于飞轮储能系统.

摘要：主动磁轴承(active magnetic bearing,AMB)是飞轮储能系统中实现飞轮转子非接触支撑的核心部件,其对飞轮转子施加的作用力与多种非线性因素相关。采取"两步线性化"方法的传统线性模型抹除了非线性特性,难以准确描述其宽频谱的工作状态,也影响了控制系统的设计精度。针对该问题,文中基于替代映射的观点建立非线性的AMB模型。通过AMB的三维有限元计算模型的参数化计算和BP神经网络训练来获得对应的转移和偏执矩阵,然后建立描述转子位移和绕组电流与作用力之间映射关系的零维非线性动力学模型,并在Matlab/Simulink软件平台仿真实现。计算结果表明,AMB内存在四次高次项、交叉项等复杂非线性特性。与线性模型的对比表明,建立的非线性模型可以更准确描述AMB的非线性特性。该模型对飞轮储能系统仿真和控制系统开发具有一定意义。

摘要：新型电力系统下,风光等分布式能源大规模并网发电导致系统对灵活性调节资源的需求剧增。大功率飞轮储能技术的快速发展可为解决电网频率安全稳定问题提供有效方案。该文针对飞轮储能系统耦合火电机组调频领域的应用问题,从“关键技术研发-系统方案设计-耦合调频控制”的思路出发,研究电力级大功率磁悬浮飞轮储能技术,设计火储耦合调频的电气接线和飞轮并入方案。结合工程实践提出火电机组耦合大规模飞轮储能群组协同调频的控制方案。目前,该技术已成功应用在灵武电厂两台600MW亚临界火电机组,提升了一次调频、自动发电控制(automatic generation control,AGC)等关键电能质量指标,火储联合系统一次调频合格率提升了21.26%,AGC调频的综合调节性能指标提升16.4%,项目年度总收益可达3514.8万元,取得了良好的经济收益和社会效益,是飞轮储能系统在电力领域的一次成功实践。

摘要：鉴于电磁转差离合器动力传递零摩擦、无冲击及可调速等优点,提出了一种新型飞轮储能结构-电磁耦合式飞轮储能系统。文中阐述了减速状态(制动或滑行)下,装有飞轮储能装置汽车的能量转换路线;设计电磁转差离合器双闭环控制器,实现磁极轴转速的快速响应。基于Simulink软件定量分析制动过程中电磁耦合式飞轮储能装置的能量回收效率及其影响因素,并搭建模拟运行试验平台,验证电磁转差离合器无级调速对能量回收效率的影响。结果表明:不同制动初速度下飞轮储能装置能量回收效率稳定在33.6%,Simulink模型中电磁耦合式飞轮储能装置及控制器是合理的;电磁转差离合器调速时,能量回收效率可达到最高。

摘要：为了使储能系统在抑制风电功率波动的同时能够响应电网频率的变化,提出一种基于飞轮储能(FESS)的风电功率综合调控策略。在分析同步发电机电网频率响应过程的基础上,设计了飞轮储能的功率控制器结构,并对其参数进行配置。在MATLAB/Simulink环境下进行了数字仿真研究,结果表明,所提出的控制策略能够使风电出力具有类似于同步发电机的惯量响应特性,同时使飞轮储能可以在功率控制和频率控制2种工作模式下灵活切换,从而有效改善风电功率的并网特性。