摘要：无刷直流电机驱动的飞轮储能系统可用于平滑风力发电的输出功率,其能量回馈可通过由半桥调制方法构成的Boost电路来实现。本文建立了这类飞轮储能系统能量回馈时的平均值模型,分析了多个物理量对直流母线电压的影响。基于系统的非线性特性,建立了静态点附近的精确线性化小信号模型,得到开关占空比、绕组电动势和系统能量状态对直流母线电压的传递函数。根据电压反馈环开环传递函数的Bode特性选择电容值,确定滞后超前串联补偿类型并简化为带惯性的PID补偿,给出控制器参数确定方法。采用Matlab/Simulink对含无刷直流电机驱动的飞轮储能系统的风力发电系统进行了仿真研究,结果表明,所设计的控制器可使直流母线电压基本保持额定值,从而提高了飞轮储能系统能量回馈的稳态和动态特性。

摘要：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。

摘要：设计了用于电力系统的飞轮储能(FES)系统,该系统主要包括储存能量的飞轮、支撑飞轮的轴承、进行机电能量转换的异步电动/发电机和微控制器控制的电能转换系统。研究了FES系统中异步电机动态过程仿真计算问题,提出了VVVF逆变器控制的异步电机动态数值模型,给出了采用四阶龙格库塔方法求解FES系统加速储能过程数值仿真结果。进行了FES系统加速储能试验和与电网同步运行控制试验,给出了试验测试结果。

摘要：针对飞轮储能系统放电单元的DC/DC开关变换器非线性控制问题,研究系统中二次电源Boost变换器,给出适于仿真和编程的Boost变换器标幺值平均模型。基于Lyapunov直接方法,分析Boost变换器的稳定性。应用非线性系统的微分几何理论,通过坐标变换和反馈补偿将非线性系统反馈等价为子系统与积分器的串联结构,得到一种使Boost变换器控制系统渐近稳定的无源化控制律,并给出DC-AC逆变器的设计方法。仿真和实验结果表明,系统在输入大范围变化时,控制器具有良好的鲁棒性使输出保持稳定。

摘要：电机是飞轮储能系统实现电能-动能转换的关键部件,其小体积、大功率的设计特点以及真空运行环境导致电机转子温升问题突出,常规的定子水套冷却已不能满足高功率密度电机转子的散热降温需求。本文首先阐述了飞轮储能电机转子发热的原因及危害,分析了转子涡流损耗、电机温度场的计算方法。回顾了飞轮电机转子被动冷却、主动冷却的研究进展,其中被动冷却包括热辐射与导热,主动冷却包括空心轴内通流冷却与热管冷却,并评估了各种方法的飞轮储能适用性。综合分析表明,强化电机定、转子内部绝缘材料导热以及增强热辐射可以一定程度上防止电机内部热量积聚,降低电机的温度梯度;热管易于安装、集成度高、传热性能优异,但其随轴的旋转传热缺乏验证;空心轴内流冷却技术成熟度高、设计制造简单、传热效果好,可作为高功率密度飞轮电机转子冷却的首选方案。针对MW飞轮储能电机转子散热难题,提出了中空轴内通流冷却的新方案。

摘要：对飞轮储能系统(FESS)的有功和无功PI控制器参数优化进行了研究,提出了应用加入模拟退火思想的改进粒子群优化(AIPSO)算法优化FESS有功和无功多PI控制器参数。该算法在混沌初始化、迭代中加入混沌扰动和自适应调整惯性权重系数的改进粒子群优化算法基础上,引入模拟退火思想,既能限制位置更新,又能跳出局部最优解,具有更高的效率。以有功功率和电压偏差的ITAE指标的和最小为目标函数,应用AIPSO优化FESS的多PI控制器参数,并以FESS接入4机系统为例,通过非线性仿真验证了优化结果的有效性。

摘要：针对基于某运行点设计的飞轮储能系统(FESS)稳定器不能保证鲁棒性问题,提出考虑多种运行方式的FESS最佳安装地点、控制回路和反馈信号选择以及FESS稳定器参数整定的改进方法。在推导了含FESS的多机系统线性化模型的基础上,应用阻尼转矩分析法,将多种运行方式下的最小阻尼转矩指标中的最大值作为FESS安装地点、控制回路和反馈信号的选择指标,以改变特征值实部最小的运行方式作为整定FESS稳定器参数的运行方式,并以FESS接入四机系统为例,分析结果表明应用该方法设计的FESS稳定器在多种运行方式下都能有效抑制低频振荡,验证了方法的有效性,且具有一定的鲁棒性。

摘要：为消除飞轮储能系统(flywheel energy storage system,FESS)稳定器与电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)间可能存在的相互负影响,提出将加入混沌算法和模拟退火思想的改进粒子群优化算法(improved particle swarmoptimization,IPSO)用于协调优化FESS稳定器与PSS参数。该算法通过混沌初始化和迭代中加入模拟退火思想来提高算法的效率和全局搜索能力。将多种运行方式下的所有特征值作为考察对象,在目标函数中同时考虑机电振荡模式和非机电振荡模式的性能,并通过IPSO算法协调优化各稳定器参数。在新英格兰10机系统算例中,应用IPSO算法协调优化的稳定器在不同运行方式下都能有效抑制系统振荡,表明了该方法的有效性和鲁棒性。在4机系统算例中,通过与逐个设计稳定器方法的比较可知,经IPSO协调优化的稳定器具有更好的阻尼效果,从而验证了该方法的优越性。

摘要：采用带LCL滤波器的背靠背双PWM变流器作为飞轮电机与电网进行能量交换的接口,提出一种飞轮储能系统并网控制方法。该方法由电网侧变流器控制和电机侧变流器控制两部分组成,并经过充电、预并网和并网运行三个阶段。在充电和预并网阶段,电网侧变流器采用不控整流方式,电机侧变流器先后采用速度外环和电压外环控制方式;在并网运行阶段,电网侧变流器控制采用基于电网侧电流外环、变流器侧电流内环的直接功率控制策略,控制并网有功功率的大小及流向;电机侧变流器控制采用直流母线电压外环、电流内环的双闭环控制策略,维持直流母线电压恒定。采用零极点对消降阶法及对称优化函数等效法分别设计电机侧内外环控制器参数。进行了飞轮储能系统的充电、预并网和并网运行实验。实验结果验证了所提飞轮储能系统并网控制方法的可行性。

摘要：考虑到飞轮储能系统中母线电压非线性和频繁快速放电的特性,以提高其动态控制性能为目标,基于浸入不变流形(immersion and invariance manifold,I&IM)原理设计母线电压I&IM自适应非线性控制器,并通过李雅普诺夫理论分析控制算法的稳定性以及参数误差对闭环系统稳态特性和暂态特性的影响,证明了闭环系统在平衡点处满足全局一致渐近稳定的条件。最终通过仿真和实验对I&IM自适应非线性控制器的性能进行研究。结果表明,I&IM自适应非线性控制算法具有良好的稳定性,并能在不同转速内和不同负载下保持母线电压恒定。