储江伟, 张新宾[1]2014年在《飞轮储能系统关键技术分析及应用现状》文中提出从飞轮储能系统的结构原理入手,介绍了飞轮储能系统的结构组成、工作原理及其工作模式,对飞轮转子、支承轴承、真空室、电动/发电机及电力电子装置等关键技术进行了全面的分析,并介绍了关键技术的国内外研究现状,在此基础上对飞轮储能的应用现状进行了阐述。
赵志芳[2]2018年在《飞轮电池储能技术分析》文中指出飞轮电池是一种新型电池。与传统的蓄电池不同,它用物理方法储存电能。飞轮转速具有一定的动能,它是将动能转化为电能的一种电池,具有储能量大、高污染、高效、无噪音、使用周期长等特点。飞轮电池储能技术涉及材料学、电学、计算机、机械学等学科,文章主要分析飞轮电池储能系统的结构和工作原理,并简单阐述飞轮电池储能的关键技术。
朱熀秋, 汤延祺[3]2017年在《飞轮储能关键技术及应用发展趋势》文中进行了进一步梳理飞轮储能作为一种新型的电能储备技术正受到越来越多的关注,它具有储能密度大、充电快、高效无污染、使用寿命长等优点,应用的范围遍及交通、供电、军工、航空航天等领域。介绍了飞轮储能系统的工作原理及常见的结构;从增加系统储能容量与降低损耗的角度出发分析飞轮储能系统的关键技术,其中对几种常用于飞轮储能的支承技术尤其是磁轴承技术进行了较为详细的阐述;基于该系统在不同领域内的优势,介绍了飞轮储能系统在国内外的应用;最后,根据目前飞轮储能技术的不足和市场的需求提出了其未来发展趋势。
汤延祺[4]2016年在《磁悬浮飞轮用交流组合偏置磁轴承研究》文中进行了进一步梳理飞轮储能系统由于其充电时间短、功率密度高、储能密度大、对环境要求低、可模块化等优点而被广泛关注,但是飞轮的高速旋转所带来的机械摩擦损耗成为了限制其发展的重要因素之一,将磁悬浮支承技术应用于飞轮储能系统中可以避免机械摩擦,提高系统的储能效率与使用寿命,磁悬浮飞轮储能系统具有更广泛的应用前景。交流混合磁轴承具有结构紧凑、功耗低、控制简单等优点,将其应用于磁悬浮飞轮储能系统中具有较大的优势,本文采用新型五自由交流混合磁轴承作为飞轮储能系统的支承系统,围绕磁悬浮支承系统的结构设计、数学模型、控制方式等对其进行了研究,主要的研究内容如下:首先,介绍了磁悬浮飞轮储能系统的基本原理,提出了几种常见的磁悬浮总体支承方案,并分析比较了几种方案的优缺点,最终选择使用一个二自由度交流混合磁轴承和一个叁自由度交流混合磁轴承来支承系统。其次,通过对磁路结构的分析,计算了永磁体产生的偏置磁通大小对交流混合磁轴承设计的影响,并分析了不同设计带来的优势与不足,针对永磁偏置的交流混合磁轴承存在的一些问题,提出了利用电流与永磁体共同产生偏置磁通的组合偏置方法,详细阐述了组合偏置方法的原理与优点。再次,利用组合偏置方法分别设计了二自由度组合偏置磁轴承和叁自由度组合偏置磁轴承,给出了详细的参数设计步骤,推导出五自由度交流组合偏置磁轴承的悬浮力数学模型以及直流偏置电流的大小,通过Ansoft软件对磁轴承进行了有限元分析,验证了组合偏置原理的正确性,且仿真结果显示悬浮力大小达到了设计要求。最后,构建了五自由度交流组合偏置磁轴承的数字控制实验平台,详细介绍了实验硬件组成、软件结构与调试过程,完成了对磁轴承转子的起浮试验与扰动试验,并分析了试验结果。
杨志轶[5]2002年在《飞轮电池储能关键技术研究》文中研究表明飞轮电池是一种新型机电能量转换与储存装置，具有大储能量、高功率、无污染、高效率、适用广、无噪声、长寿命等优点，有着广阔的应用前景。它主要由高速飞轮转子、磁浮轴承系统、电动／发电机等组成，是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，国内外目前大都在研究原型装置，对设计理论与方法尚未进行系统深入的研究，本论文则对飞轮电池储能涉及的两大关键技术——飞轮转子设计与磁浮轴承及其相关技术进行了系统的理论分析与仿真研究。 第一章阐述了课题的研究背景与意义，分析了飞轮电池的储能原理及其关键技术，综述了国内外的研究现状及其应用前景，提出了本论文研究的主要内容。 第二章对飞轮电池储能能力及其影响因素进行了分析，对不同材料飞轮的储能能力进行了比较和分析。在分析了飞轮转子各种应力分析方法优缺点的基础上，对不同材料不同结构的飞轮转子的应力分布作了定量分析和比较。推导了复合材料飞轮的应力计算公式，并对飞轮转子应力分布的影响因素进行了分析研究，提出了飞轮转子结构参数的设计方法。 第叁章对永磁轴承的稳定性进行了分析，提出了改善稳定性的方法，推导了永磁轴承磁力与刚度计算公式，对各种构型永磁轴承的性质进行了分析研究。提出了采用有限元法分析永磁轴承力学特性的分析方法，并就轴承结构参数对轴承力学特性的影响进行了研究。 第四章对电磁轴承的基本理论进行了研究。在磁路分析的基础上，推导了磁力、磁通密度和电感的计算公式。并对电磁轴承的两种电磁结构——无永磁偏置与有永磁偏置电磁铁的电磁力计算方法进行了研究，提出了一种引入修正系数的磁路计算方法，并对基于PD和PID控制的电磁轴承力学特性进行了研究。 第五章在分析了各种磁轴承系统拓扑结构的基础上，提出了一种新型的由径向永磁轴承与轴向电磁轴承组成的单轴主动控制的飞轮电池磁轴承系统结构。对磁轴承系统的结构配置、结构参数计算、轴承悬浮特性等方面进行了详细分析与讨论，并建立了系统动力学模型。 第六章在上述理论研究的基础上，提出了飞轮电池较为系统的设计过程和方法，并通过对一种新型飞轮电池装置主体结构全面的设计分析与仿真研究，包括金属飞轮与复合材料飞轮的设计、永磁轴承与电磁轴承的结构计算、控制系统设计以及电机选择、充放电控制等，验证了其设计方法的可行性。 第七章对全文的研究工作进行了总结，给出了主要的研究成果和结论，并分析了本论文的主要创新点，提出了有待进一步深入研究的问题。 飞轮电池是一种应用前景广阔的新型绿色动力电池，论文对其储能关键技术的研究，既有很大的理论和技术难度，又有重大的工业应用价值。
李勇[6]2012年在《飞轮电池在独立运行式风力发电系统中的应用研究》文中认为飞轮电池因其储能密度高，瞬时功率大、充电时间短、能量转换效率高和使用寿命长等优点，用于储能装置时，相对于蓄电池具有明显的优势。本文对飞轮电池在独立运行式风力发电系统中的应用进行了研究，把飞轮电池并联在风电系统的直流母线上，通过对飞轮电池充放电的控制使直流母线电压始终稳定在给定值附近，有效地提高了风能的利用效率和系统的电能质量。本文首先详细分析了飞轮储能系统的等效d-q模型电路，并在此基础上简化了飞轮储能系统的等效d-q模型；其次给出了飞轮储能系统充电和放电过程的控制策略，其中在飞轮电池充电控制过程中，采用了基于转子磁场定向的矢量控制策略；放电控制过程中，采用了以直流母线电压为控制对象的控制策略。另外在飞轮电池放电控制的策略中采用了功率平衡的原则。在理论分析的基础上，搭建了以dsPIC30F3011为核心控制器的飞轮电池充放电控制系统的硬件电路，同时对充电和放电控制系统硬件电路的原理做了详细介绍并给出了软件设计的流程图，然后在MATLAB／Simulink平台上分别搭建了飞轮电池充放电控制系统和离网型风力发电系统的仿真模型，分别对风电系统在风速突然增大或者减小时系统在加入飞轮电池和不加入飞轮电池两种情况下进行了仿真研究。
陈磊磊[7]2017年在《飞轮电池用单绕组磁悬浮开关磁阻电机运行控制研究》文中研究指明人类面临的能源、环境问题日益严峻,全世界对清洁新能源发电、分布式电源、微电网、电动汽车的关注与重视提升到前所未有的高度,与之密切关联的储能技术也成为国内外重要的研究课题之一。飞轮电池作为典型的机械储能装置以其储能密度大、清洁无污染、使用寿命长、效率高等优点吸引众多科研工作者对其进行探索与研究,在电力系统、电动汽车、航空航天等领域也具有广阔的应用前景。磁悬浮开关磁阻电动/发电机(BSRM/G)集开关磁阻电机和磁悬浮技术优势于一体,具有结构简单坚固、控制灵活性高、无机械磨损、无摩擦损耗、临界转速高等优越性能,在高速、低损飞轮电池领域具有重要的研究意义和应用价值。在国家自然科学基金(51377074)资助下,本文以叁相12/8极外转子单绕组磁悬浮开关磁阻电动/发电机(SWBSRM/G)为研究对象,围绕电机的悬浮/电动的解耦控制、悬浮/发电、硬件电路设计展开研究,主要研究内容如下:(1)阐述了单绕组磁悬浮开关磁阻电机的结构及悬浮/电动、悬浮/发电复合模(1)阐述了单绕组磁悬浮开关磁阻电机的结构及悬浮/电动、悬浮/发电复合模态下工作机理,给出基于等效磁路法、虚位移法的电感矩阵、径向悬浮力/转矩数学模型的推导过程,并通过有限元仿真进行了验证。(2)针对SWBSRM多变量、强耦合、非线性的复杂特性,通过引入粒子群算法,实现了最小二乘支持向量机(LSSVM)核参数的优化,进而建立电机逆辨识模型,并利用逆辨识模型构成的伪线性模块搭建复合逆系统实现了对电机的解耦逆控制,仿真验证表明此控制策略具有较好的解耦效果和动态响应特性。(3)为减小SWBSRG悬浮发电时绕组铜耗,解决悬浮控制产生的励磁不平衡在续流发电区间引起径向悬浮力干扰问题,提出了一种低铜耗悬浮发电控制策略,即通过对悬浮、励磁、发电区间划分及时长公式推导进而控制同相绕组等电流发电,减弱发电区间的径向干扰力,并闭环调控励磁电流来反馈控制输出电压。搭建了Simplorer和Maxwell联合仿真模型,给出了仿真验证。(4)针对SWBSRM/G硬件电路信号采集量多、精度要求高、运算高速、逻辑处理量大的特点,选择DSP+FPGA联合控制模式。为简化控制系统、节约硬件成本,选用电动/发电一体化的主功率变换电路。依据系统工作环境优选设计了信号采样、驱动电路等其他模块,为进一步实验奠定基础。
石国清[8]2007年在《飞轮电池电动机控制与磁悬浮控制的研究》文中认为飞轮储能系统是一种新型高效的环保电池，驱动电机控制和磁悬浮控制是提高飞轮电池性能的两项关键技术。本文设计了基于DSP的永磁无刷直流电机控制系统和轴向单自由度悬浮控制系统。永磁无刷直流电机控制系统采用双闭环(电流环和速度环)的控制方案。完成了控制系统硬件电路的设计，其中包括：叁相逆变电路，驱动电路，保护电路，位置检测电路，电流检测电路以及DSP的外围电路。完成了控制方案的软件设计，包括：主程序，A／D采样程序，电流调节程序，速度计算程序，速度调节程序以及捕获中断等程序的设计。与模拟控制相比较可知，基于DSP的控制器具有以下优点：控制可靠，噪音低，同时，升级比较容易，使得一些先进的控制策略可以得以实现。轴向单自由度悬浮控制系统采用一种新型的由电磁铁和永磁体组成的混合磁轴承。完成了软硬件设计，并实现飞轮转子的稳定悬浮。实验结果表明，和传统电磁轴承相比，混合磁轴承具有机械结构简单、控制功率小、控制器成本低、易于实现等优点。
汤双清[9]2003年在《飞轮电池磁悬浮支承系统理论及应用研究》文中研究指明飞轮电池由于具有一系列独特的性能,已经成为电池行列一支新生的力量,并在许多方面有取代化学电池的趋势。随着新型复合材料和稀土永磁材料、电机技术、磁悬浮技术和电力电子技术的飞速发展,其应用涉及到航空航天、电动汽车、分布式发电系统、电力质量与蓄能发电、不间断电源等等领域。本文对飞轮电池系统方案、磁悬浮支承系统的理论与计算方法和飞轮电池在分布式发电中的应用等方面进行了全面、系统的研究。本文所做工作和创新主要表现在如下几个方面:提出了一种新型的磁悬浮轴承(本文称它为电动磁力轴承)。对电动磁力轴承的工作机理、转子受力、轴承刚度以及稳定性等方面进行了深入的理论研究,提出了电动磁力轴承的悬浮力、刚度、最低稳定运转转速和临界阻尼计算的理论和方法。全面系统地提出了永磁体空间磁场计算的理论与方法。分别利用永磁体的两种等效物理模型(等效磁荷模型和等效电流模型),推导出永磁体空间磁场计算的数学表达式,还对具有对称形体的永磁体推导出其轴线上磁场计算的解析式。利用有限元理论,提出了包括非均匀各向异性介质在内的永磁体空间磁场计算的理论和方法。提出了永磁磁力轴承的构形综合,发展和完善了磁力轴承悬浮力计算的理论和方法。按照拓扑学理论研究了永磁磁力轴承的构形综合,给出了几种常用的永磁轴承构形。利用并矢、矢量和张量运算理论推导出Maxwell磁场张量,发展和完善了基于Maxwell磁场张量的永磁轴承悬浮力计算的理论和方法。利用虚功原理,结合有限元理论和矢量微分运算法则,发展和完善了基于虚功原理的永磁轴承悬浮力计算的理论和方法。提出了永磁磁力轴承刚度计算的理论和方法。利用标量和矢量的微分运算法则,结合有限元理论,给出了永磁轴承刚度计算的理论和方法,同时对平面磁隙和锥面磁隙两种永磁轴承的轴承特性进行了对比分析。利用电动磁力轴承和锥面磁隙的永磁轴承,提出了用于飞轮电池转子支承的一种全新的磁悬浮支承系统方案。结合分布式发电,提出了用飞轮电池调节小型太阳能发电站输出特性的系统控制方案;分析了用正弦波脉宽调制(SPWM)原理调节电动机/发动机输入/输出电压的幅值、频率和波形的原理和方法。以民用家庭2kW负载为例,仿真了飞轮电池储能变化、电动机/发电机的功率变化以及飞轮转子的转速变化。
程广增[10]2008年在《飞轮储能电池磁悬浮轴承控制研究》文中进行了进一步梳理磁悬浮轴承具有非线性和开环不稳定性,需要先进的控制系统加以控制。磁悬浮轴承的性能优劣很大程度上取决于其控制系统的性能优劣。通过采用新型先进控制理论来设计控制器以满足磁悬浮轴承系统稳定性、鲁棒性的需求是重要的研究方向,展开磁悬浮轴承控制方法的研究有着非常重要的现实意义。文中首先对飞轮储能系统进行了介绍,对飞轮储能磁悬浮轴承进行了详细的阐述和受力解耦分析。然后设计了单自由度磁悬浮轴承控制实验平台,对其控制部分的位移传感器、功率放大器和执行机构叁大部分进行了性能分析与选型。针对单自由度磁悬浮轴承实验平台进行了详细受力分析推导并通过试验测试建立了其数学模型。以此数学模型为基础进行了PID控制算法和滑模变结构控制算法的理论分析与MATLAB系统仿真。通过仿真具体比较以上两种控制方法的性能。仿真结果表明与PID控制理论相比,滑模变结构控制理论具有更良好的稳定性和鲁棒性,且能够在较短的时间内快速达到系统平衡,并对干扰信号具有较强的抑制作用。在理论分析与仿真的基础上,基于TMS320LF2407 DSP芯片设计了数字控制器,通过实验进一步验证控制方法的实际性能。实验结果充分肯定了滑模变结构控制算法的性能优越性。
参考文献：
[1]. 飞轮储能系统关键技术分析及应用现状[J]. 储江伟, 张新宾. 能源工程. 2014
[2]. 飞轮电池储能技术分析[J]. 赵志芳. 通信电源技术. 2018
[3]. 飞轮储能关键技术及应用发展趋势[J]. 朱熀秋, 汤延祺. 机械设计与制造. 2017
[4]. 磁悬浮飞轮用交流组合偏置磁轴承研究[D]. 汤延祺. 江苏大学. 2016
[5]. 飞轮电池储能关键技术研究[D]. 杨志轶. 合肥工业大学. 2002
[6]. 飞轮电池在独立运行式风力发电系统中的应用研究[D]. 李勇. 兰州理工大学. 2012
[7]. 飞轮电池用单绕组磁悬浮开关磁阻电机运行控制研究[D]. 陈磊磊. 江苏大学. 2017
[8]. 飞轮电池电动机控制与磁悬浮控制的研究[D]. 石国清. 北京交通大学. 2007
[9]. 飞轮电池磁悬浮支承系统理论及应用研究[D]. 汤双清. 华中科技大学. 2003
[10]. 飞轮储能电池磁悬浮轴承控制研究[D]. 程广增. 北京交通大学. 2008
标签：动力工程论文; 电池论文; 轴承论文; 飞轮电池论文; 磁轴承论文; 磁悬浮轴承论文; 磁悬浮技术论文; 电机轴承论文; 飞轮论文; 仿真软件论文; 储能论文; 能源论文; 电机转子论文; 磁力论文;