飞轮电池控制技术与发展

随着飞轮电池成功地应用于电机稳定顺行和UPS,飞轮储能系统（FESS）得到了越来越多的国内外专家学者的关注与研究。作为一种典型的机电磁一体化产品,其研究涉及到机械、材料、电工、热工、计算机等多学科的交叉;而如今,在这些相关领域巨大的科技突破,使得飞轮电池具有更加强大的生命力。针对该领域近年来的发展现状,论述了FESS主要研究成果,着重分析了其控制方面的发展研究现状。     

高速复合材料飞轮的关键技术

飞轮作为机械能量储存的起源和应用较早，并在第一次工业革命期间获得了较大的发展，尤其在最近10年，飞轮技术的发展是突飞猛进，复合材料飞轮在许多方面有着广泛的应用，如飞轮储能系统中的飞轮转子，高速旋转机械中的转子等。主要结合飞轮储能系统中的应用，研究它在最大化储能前提下的材料，构造，制造方法，优化和安全等方面的问题。     

电力储能技术发展概述

长期以来，电能的储存一般采用小规模电池储能和抽水储能电站，直到最近二三十年，科技工作者发明了超导储能和飞轮储能等技术。这些原理和方式各畀的储能装置还都处在研究阶段．存在着技术难点需要解决本文对各种储能方式及其发展做出概括介绍.     

基于Hamilton能量理论的飞轮储能系统比率一致性控制

基于Hamilton能量理论,提出一种飞轮储能系统比率一致性控制方法。该方法通过对飞轮储能单元转速的调节，实现系统的比率一致性控制，达到飞轮储能系统（FESS）内部功率的合理分配。（a）建立飞轮储能单元端口受控Hamilton(PCH)系统模型，利用PCH系统反馈镇定原理，获得端口受控耗散Hamilton (PCH-D) 模型；(b)研究飞轮储能系统的比率一致性控制问题，应用Hamilton能量成型的控制策略实现飞轮储能单元的转速调节，确保所有飞轮储能单元可以按照同一比率进行能量的储存和释放，实现功率的合理分配；(c)通过仿真验证该控制策略的有效性。结果表明：在比率一致性控制下，所有的飞轮储能单元可以按照同一比例进行能量的储存和释放。     

基于飞轮储能技术的柴油机钻机机械调峰系统研究

采用了一种新型的储能技术—飞轮储能,它可以在柴油机处于低负载运行状态时,将多余的能量通过飞轮储能装置存储起来,此时飞轮处于加速储能的过程;当检测到系统中有较大的冲击负载时,将存储的能量释放出来,通过调峰电机与柴油机并机驱动负载,达到平抑发动机的加载率,保证发动机在负载变化时能够平稳运行的目的,该状态飞轮处于减速放电的工作模式.本文对飞轮储能的原理以及基于飞轮储能的柴油机钻机的机械调峰技术进行深入研究,给出了调峰电机处于电动和发电状态的条件,设计了一种柴油机钻机的机械调峰系统.     

车载磁悬浮飞轮状态空间分析及H∞控制研究

为了提高磁悬浮飞轮电池控制系统在电动汽车上应用时的鲁棒稳定性,并改善电动汽车原动力电池放电性能,对电动汽车车载磁悬浮飞轮电池进行状态空间分析,求解出车载磁悬浮飞轮电池的状态空间方程,并提出一种基于该状态空间方程的车载磁悬浮飞轮电池用H∞控制方法.仿真分析和试验结果表明该H∞控制方法具有很强的鲁棒稳定性和良好的抗干扰、抗摄动能力,有助于车载磁悬浮飞轮转子高速稳定转动,降低电动汽车基础振动对飞轮电池影响.所研究的磁悬浮飞轮电池储能系统可辅助电动汽车原动力蓄电池工作,并可改善原动力电池的放电特性,延长该动力电池的使用寿命.     

新型太阳能汽车的探索与思考

本文从太阳能电池的转化效率、储能器件的性能比较等方面,论述了制约太阳能汽车发展的瓶颈因素;分析研究了锂电池和飞轮电池的优缺点,提出了锂电池太阳能汽车和太阳能飞轮电池汽车的结构模型。     

飞轮储能转子强度和模态有限元分析

高速飞轮储能系统需要解决的关键问题之一是飞轮高速运行过程中飞轮转子的强度、振动等问题.为了对比金属飞轮和碳纤维飞轮在材料方面的影响，基于ANSYS Workbench仿真平台，采用有限元方法对功率为75 kW、转速为28 000 r/min的飞轮储能内嵌式永磁电机转子进行静强度分析；并对转子进行模态分析，分析转子的主要振型，绘制Campbell图，计算临界转速，结果表明：所设计的两种材料的飞轮储能系统转子满足强度要求，其工作转速在安全范围内，与金属飞轮转子相比，碳纤维飞轮转子强度安全系数和转速安全裕量高，为飞轮储能系统转子设计和安全运行提供了理论依据.     

电动汽车中飞轮储能技术的应用

介绍了飞轮锗能技术的基本原理，通过与其它新型电池的性能比较对飞轮电池在电动汽车中的应用进行了说明，对它的未来作了展望．     

飞轮储能型二次调节流量耦联系统研究

利用二次调节技术四象限工作原理和流量耦联系统特点，并与飞轮储能系统相集成，提出了飞轮储能型二次调节流量耦联系统。该系统可把原来系统负载下降时转化为热能散失掉的势能存储为飞轮的机械动能，并回收利用。该系统解决了传统二次调节压力耦联系统不宜接入不能变量的液压缸或液压马达的缺点，是对传统二次调节压力耦联系统的拓展。在建立了系统的数学模型的基础上，通过仿真和试验研究表明了系统的可行性，但存在快速性不高和明显非线性的特性。     

飞轮脉冲电源放电过程的建模与分析

在dq旋转坐标系下推导出同步发电机的瞬态计算模型,并以三相5.5 kW同步发电机的三相短路实验为例,验证了该模型的正确性.然后,根据飞轮脉冲电源放电过程中励磁系统工作任务的不同.将飞轮脉冲电源的放电过程分为2个阶段:在第l阶段中,励磁电压保持不变,输出电压快速上升至额定值;在第2阶段中,调节励磁电压,使输出电压维持在额...     

飞轮储能系统在抑制电力系统多模式振荡中的应用

推导了含有飞轮储能系统(FESS)的多机系统线性化模型,应用阻尼转矩分析法论证了单个FESS抑制复杂电力系统多模式振荡的可行性.在FESS独立的有功控制回路和电压控制回路上分别附加一个稳定器,以抑制系统的多模式振荡.基于现代控制理论的可观性和可控性准则,为各振荡模式选择控制回路和反馈信号,并采用改进的粒子群优化算法协调整定FESS中各附加稳定器的参数.以四机系统为例,FESS上附加的2个稳定器可将2个振荡模式的阻尼比分别从-0.013和0.052变化到0.106和0.102,说明单个FESS具有抑制复杂电力系统多模式振荡的能力.     

基于飞轮储能技术的新型UPS的研究

针对目前不间断电源(UPS)中化学电池的不足,设计并实现了基于飞轮储能技术的新型UPS系统,提出了高速飞轮充、放电方式的控制策略。飞轮储能单元代替传统的化学电池,具有免维护、寿命长、无污染的特点。充电方式下,通过飞轮转动稳定性的分析,进行了充电曲线的优化设计,针对高速、大惯量负载,采用智能复合控制方法,使飞轮转速很好地跟踪设定的优化充电曲线;放电方式下,根据电机升压斩波能量回馈原理,控制直流母线电压恒定,简化了UPS负载逆变器的控制策略。实验结果表明系统具有很好的动态特性,验证了控制策略的正确性和有效性。     

机电式飞轮车辆能量管理策略

为了有效提高车辆的动力性和经济性,针对电动车辆大功率加速工作电池负荷大,制动能量回收效率低的问题,本文提出了加装机电式飞轮系统的车辆。通过研究机电式飞轮系统在制动能量回收时功率分流和驱动汽车时扭矩耦合的工作原理,使用针对该系统工作特点的模糊控制策略,根据机电式飞轮系统高效率的优点,制定了使该系统回收、释放能量的逻辑策略;结合CRUISE搭建整车模型,MATLAB-Simulink设计整车模糊控制策略,并将CRUISE与MATLAB-Simulink通过Interface建立联合仿真平台进行仿真分析。结果表明,首先,搭载机电式飞轮系统的车辆精确地完成驾驶员的驾驶要求;其次,飞轮及控制电机的工作状态符合其工作原理;最后,搭载了机电式飞轮系统的四驱车辆相比较普通的四驱车辆,其NEDC工况电能消耗量下降了10.26%。     

The Analyze of Electric Vehicle Accumulator’s Principle and Characteristic

With the development of new energy industry,electric vehicle becomes the new development direction of the vehicle industry in the world.So the energy storage technology,as the electric vehicle’s important support and auxiliary technology,also gets more attention.This paper respectively not only analyzed and compared the storage principle,working characteristics of battery,hydraulic and flywheel accumulator used in the electric vehicles but described the advantages and disadvantages of them.It provided useful reference for the selection and further research of energy storage devices.     

Progress in electrical energy storage system: A critical review

Electrical energy storage technologies for stationary applications are reviewed.Particular attention is paid to pumped hydroelectric storage,compressed air energy storage,battery,flow battery,fuel cell,solar fuel,superconducting magnetic energy storage, flywheel, capacitor/supercapacitor,and thermal energy torage.Comparison is made among these technologies in terms of technical characteris-tics,applications and deployment status.