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.     

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.     

飞轮储能用Halbach阵列定子无铁心无轴承永磁电机的设计

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.     

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。     

开关磁阻电机一体化飞轮储能系统磁场耦合分析

拟定一种新型的飞轮储能系统方案,即电机采用开关磁阻电机,并将电机转子与飞轮电池转子一体化.针对开关磁阻电机定子极绕组和支撑系统中的绕组都会产生磁场并相互影响形成耦合磁场的问题,利用电磁场分析软件分别对开关磁阻电机所产生的磁场、轴向磁力轴承所产生的磁场和径向磁力轴承所产生的磁场进行仿真对比分析.结果表明:开关磁阻电机内部磁场分布在各个情况下都符合"磁阻最小原理",能够正常工作,开关磁阻电机转矩在耦合场的影响下有所变小并使飞轮转子的速度有所提升.     

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。     

飞轮储能系统研究综述

飞轮储能系统（FESS）又称飞轮电池或机电电池，由于它与化学电池相比所具有的巨大优势和未来市场的巨大潜力，引起了人们的密切关注。它结合了当今最新的磁悬浮技术、高速电机技术、电力电子技术和新材料技术，使得飞轮储存的能量有了质的飞跃，再加上真空技术的应用，使得各种损耗也非常小。针对该领域近年来的研究成果，对飞轮储能系统的几大关键部件进行了全面的论述。     

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。     

车用飞轮储能系统能量回收特性

通过分析飞轮储能系统的传动特性,研究能量回收过程中储能飞轮的动态响应过程,提出了一种新型电动式飞轮混合动力系统结构.揭示了配备飞轮储能系统的车辆制动过程中动力传递路线及能量流关系,并确定了飞轮储能装置的能量回收效能评价指标.在此基础上,通过搭建的台架系统完成了能量转换特性试验.试验结果表明:采用小功率的调速电机进行齿圈调速,可降低能量回收过程中传动系统的冲击度,提高储能飞轮能量回收率,净能量回收率趋于稳定值33%,为车用飞轮储能系统的开发提供理论依据.     

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.     

不同模量比对复合材料储能飞轮强度的影响

以材料的环向与径向模量比λ作为参量,利用ANSYS有限元分析软件,对给定尺寸不同材料的单层及双层异构复合材料飞轮转子进行强度计算,得出飞轮转子在高速旋转时的径向和环向应力分布规律。进而利用强度比方程求解各种结构的强度比,分析材料参数对飞轮转子强度的影响。     

磁悬浮飞轮低功耗控制方法仿真研究

在储能、航天领域中应用磁悬浮飞轮时,系统功耗是需要解决的一个关键问题。在高转速下,飞轮陀螺效应对转子稳定影响很大,控制器需要对其进行抑制。为此,需要研究低功耗控制方法。该文昕设计的控制器,既考虑了陀螺力矩的抑制,又考虑了功耗的降低,将控制力与控制电流分别进行设计。控制力采用位移交叉算法产生,以抑制陀螺力矩;而控制电流根据所需控制力,采用非线性方法构建,实现了零偏置电流和电磁铁的单边工作,从而降低系统功耗。仿真结果表明,此低功耗控制方法可在高转速下稳定系统。     

飞轮储能技术研究

介绍了飞轮储能技术的基本原理和应用．飞轮储能技术作为一种新型能源储备方式，具有大储能、高功率、无污染、适用广、维护简单、可实现连续工作等优点，越来越为世界各国所重视，成为研究热点．     

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。     

车载飞轮电池转子动力学建模与分析

针对车载飞轮电池安装基础运动的特点,本文利用子结构分析的方法,建立了飞轮电池的转子-安装基础动力学模型,提出了安装基础动力学与转子动力学模型的融合方法,并分析了飞轮转子在路面输入引起基础振动变化情况下的动力学特性,从而为车载飞轮电池转子动力学设计提供了理论和计算基础。     

电动汽车制动能量回馈技术研究

制动能量回馈可实现能源再利用,有效提升电动汽车续驶里程。所以,制动能量回馈技术是电动汽车研发的关键技术之一。能量回馈效率最大化是制动能量回馈技术研究的重点,而制动能量回馈系统结构设计及控制策略是影响能量回馈效率的重要因素。基于此,首先给出了蓄电池、飞轮、超导、超级电容器和混合储能等电动汽车制动能量回馈系统常用储能技术的优缺点及其最新应用。而且,分析了几种典型的制动能量回馈系统及控制方法。其次,重点分析了几种常见的制动能量回馈控制策略。最后,提出了一种新型的电动汽车制动能量回馈系统,并分析了该系统的结构组成及其控制方法。     

可再生能源分布式发电系统能量互补控制的研究

为了解决可再生能源分布式发电系统的稳定性问题,在系统中加入了储能设备,使总线电压得到了平滑.介绍了可再生能源分布式发电系统的能量互补控制原理,并建立了能源分布式发电系统的数学模型.采用直接转矩控制算法对系统的能量互补控制过程进行了仿真实验,在系统的风机模拟器和飞轮上的仿真与实验结果表明当直流总线电压低于300V时,飞轮转速迅速下降,飞轮释放能量,系统维持稳定;当直流总线电压高于300V时,飞轮转速上升,飞轮存储能量,系统维持稳定.