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。     

永磁同步电机飞轮储能系统充放电控制策略

针对飞轮储能系统(FESS)转动惯量大、采用传统矢量控制算法启动时在零速附近容易出现转速震荡的问题,提出了一种新的电机控制方法。该方法用理论计算转速替代模型参考自适应(MRAS)算法的观测转速,并用给定电流替代反馈电流对耦合项进行计算,减小电机转速振荡。在FESS放电时,需要根据负载所需功率调整电机输出功率,针对此问题,采用一种以维持直流母线电压恒定为目标的电机控制方法,同时在FESS投入工作前,用电机当前转速作为传统MRAS算法PI控制器积分项的初始值,加快了MRAS无速度算法的收敛速度。仿真和实验结果表明,与传统控制方法相比,所提出的控制算法能减小电机启动时在零速附近的转速振荡,维持FESS放电时负载的正常工作,保证FESS快速可靠地进行状态切换。     

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.     

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。     

液压能量调节型风力发电机组储能发电的恒频控制

为了消除风能波动性和间歇性对电网平稳运行的冲击影响,实现风轮捕获能量的储存与调节,将储能系统引入到液压型风力发电机组的泵控马达闭式液压系统中,利用AMESim软件建立了无风时独立依靠储能系统储存液压能驱动马达旋转的数学模型.针对这种新型液压风力机液压系统的组成和工作原理,提出了一种恒压差+恒转速的双闭环马达恒转速控制策略以保证储能发电时发电机始终工作在同步转速.对比分析了在恒压差单闭环与恒压差+恒转速双闭环控制作用下系统各变量的响应曲线和变化趋势.仿真结果表明所设计的双闭环马达恒转速控制策略可以使马达转速稳定在1 500 r/min,满足储能单独发电时对输出电能频率的要求.     

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.     

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.     

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。     

航天器能量/姿控一体化控制器设计及功率规划

研究航天器的能量/姿控一体化控制系统(IPACS)的设计问题。针对带有4个飞轮(3正交、1斜装)的航天器的IPACS,设计了一个滑动模态姿态控制器。设计了飞轮组的控制律,保证了在储能时,飞轮的转速变化不会对航天器的姿态造成扰动,而且不影响正常的姿态控制,同时实现了姿态控制与能量存储。针对太阳帆板的功率变化特性以及飞轮电机的输入功率限制,提出了一种新的储能功率的规划方案,使飞轮在每个轨道周期内储存和释放的能量达到平衡,同时尽量利用了太阳帆板提供的功率,从而可以有效地减少太阳帆板的面积,减轻太阳帆板的质量。为了验证所设计的IPACS的有效性,给出了一个仿真实例。