飛輪儲能裝置儲能狀態(tài)控制研究.pdf

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1、第23卷第6期2010年”月機(jī)電產(chǎn)品開崖與剴嶄Develo[)ment＆InnovationofMachinery＆ElecmcalProductsV01．23．No．6Nov．，2010文章編號：1002—6673(2010)06—100—03飛輪儲能裝置儲能狀態(tài)控制研究張邦力，胡漢春，何青，代剛(西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川成都610031)摘要：對飛輪儲能裝置性能的特點以及結(jié)構(gòu)和儲能原理進(jìn)行了分析。對飛輪儲能裝置儲能狀態(tài)過程中如何提高系統(tǒng)所存儲能量及能量存儲效率作了具體分析。設(shè)計了復(fù)合控制方

2、案對無刷直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，從而提高飛輪轉(zhuǎn)速。增加系統(tǒng)存儲能量?！P(guān)鍵詞：飛輪儲能；復(fù)合控制方式；無刷直流電機(jī)；儲能能量中圖分類號：TP29文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10．3969／j．issn．1002—6673．2010．06．039ResearchnoStorageStateControlofFlywheelEnergyStorageSystemZHANGBang-Li，HUHan-Chun。HEQ諷g，DAIGang(SchoolofMechanicalEngineeringofSouthwest

3、JiaotongUnivelsity，ChengduSichuan610031，China)Abstract：Inthispaper,theperformancecharacteristicsofflywheelenergystoragesystem(FESS)andstrub-'tureandenergystorageprincipleareresearched．ThestoragestateofFESSonhowtOimproveenergystOrageandenergystorageeffi

4、ciencyarespecificlyanalyzed．Thecom-positecontrolstrategyforbrushlessDCmotOrspeedcontrolisdesigned，therebyenhancingtheflywheelspeedandincreasingtheenergystOrageofFESS．Keywords：lywhedenergystOrage；compositecontrolstrategy；brusldessDCmotor；storageenergy0引

5、言當(dāng)今世界能源日趨緊張．大量含碳能源的使用已經(jīng)嚴(yán)重影響了地球氣候的變化并直接影響我們的生活環(huán)境。各個國家在不斷發(fā)掘新能源的同時，也不斷地研發(fā)各種儲能裝置，并已在各行各業(yè)及日常生活之中得以應(yīng)用。1飛輪儲能裝置結(jié)構(gòu)及儲能原理1．1飛輪儲能裝置的基本結(jié)構(gòu)表1中給出了目前人們最看好或者是最常用的儲能裝置及性能的比較。當(dāng)然，另外還有很多其它的新型儲能設(shè)備，如核電池、超大容量電池等都受到了科學(xué)家們的關(guān)注。并且正在不斷地進(jìn)行技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)。由表1可以看出：飛輪儲能具有其他儲能方式無法比擬的優(yōu)點。目前飛輪儲能技

6、術(shù)得到世界上許多國家的高度重視，已成為研究熱點。飛輪儲能裝置主要包括3個核心部分：飛輪、電機(jī)和收稿日期：2010-09—30作者簡介：張邦力(1984-)，男，碩士研究生。研究方向：機(jī)車電力傳動與微機(jī)控制。100表1儲能裝置性能比較飛輪儲超導(dǎo)儲對比特性化學(xué)蓄電池燃料電池能裝置儲能方式化學(xué)方式機(jī)械方式電磁方式化學(xué)方式使用壽命3—5年20年以上約20年lO年以上污染，需耍對環(huán)境影響幾乎無污染污染極少回收嚴(yán)格控工作溫度有要求要求低有要求制溫度相對尺寸最大最小較小較大價格最低較高較高(不定)較低(不定)儲能

7、密度小大維護(hù)周期半年以內(nèi)lO年以上經(jīng)常維護(hù)電力電子裝置。事實上，為了減少飛輪運轉(zhuǎn)時的損耗。提高飛輪的轉(zhuǎn)速和儲能裝置的效率。飛輪儲能裝置軸承一般使用非接觸式的磁懸浮軸承，并且將電機(jī)和飛輪密封在一個真空容器內(nèi)，以減少風(fēng)阻，提高儲能效率。在儲能時，將能量傳給電機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動飛輪儲能；當(dāng)能量釋放時．則由飛輪驅(qū)動發(fā)電機(jī)向外輸出電能。由于電機(jī)具有可逆性。通常發(fā)電機(jī)和電動機(jī)使用同一臺電機(jī)來實現(xiàn)，通過軸承直接和飛輪連接在一起。這樣，在實際使用的飛輪儲能裝置中還包括軸承、真空容器等，飛輪儲能裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

8、·測試與控制·飛圖l飛輪儲能裝置結(jié)構(gòu)示意圖1．2飛輪儲能裝置儲能原理飛輪儲能最基本的儲能原理就是將外界輸入的電能通過電動機(jī)轉(zhuǎn)化為飛輪轉(zhuǎn)動的動能儲存起來。當(dāng)外界需要電能的時候．又通過發(fā)電機(jī)將飛輪的動能轉(zhuǎn)化為電能，輸出到外部負(fù)載。要求空轉(zhuǎn)損耗非常小。其儲能原理如圖2所示。=

9、喜4垂垂蠶贍言裹主蓁裹芋薹霎蓁差圖2飛輪儲能裝置原理圖定了整個裝置儲能的多少。設(shè)飛輪橫截面為圓形，其半徑為R，厚度為H，密度為P。則飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算公式為：，IJ=Ir2dm=2,仃pHj—把}叩H