磁悬浮飞轮系统陀螺效应的抑制

针对磁悬浮飞轮系统的陀螺效应,采用交叉反馈控制进行抑制.分析了引入交叉反馈控制的飞轮系统稳定性,当转速超过某临界转速时,飞轮系统保持稳定,交叉反馈控制可以对陀螺效应进行完全补偿.临界转速与控制器参数以及转子的惯性矩有关,可根据实际需要通过控制器参数进行调整.实验比较了分散PID控制与交叉反馈控制下飞轮系统的性能.实验数据分析的结果表明,分散PID控制下的飞轮系统在12000r/min时由于陀螺效应而失稳,引入交叉反馈控制后,系统在转速达到25000r/min时仍平稳运行.交叉反馈控制对陀螺效应的抑制是有效的.

永磁偏置径向磁轴承在磁悬浮反作用飞轮系统中的应用

针对现有径向磁轴承结构电励磁磁路耦合的缺陷,设计了一种新型径向永磁偏置混合磁轴承结构,介绍了这种轴承的结构特点和工作原理,并利用等效磁路法和有限元法(FEM)对该永磁偏置径向混合磁轴承进行了电磁分析,得出了磁轴承的数学模型和主要参数的设计结果。研究结果表明:该径向永磁偏置磁轴承可以有效地避免磁路耦合现象,提高磁轴承系统的控制性能。

基于ANSYS的复合材料飞轮系统模态分析

储能飞轮系统在工程中应用广泛,由于飞轮系统转速较高,因此对飞轮系统进行模态分析是非常必要的。利用有限元分析软件ANSYS对复合材料飞轮系统进行模态分析,得到了飞轮的固有频率与模态振型,为飞轮系统的结构设计与优化以及振动特性研究提供了有效的依据。

空载试验台飞轮系统设计及其模态分析

针对变速箱空载试验台的飞轮系统进行了结构设计,并基于ANSYS Workbench有限元分析软件对其进行了模态分析。对于轴承座,地基和滚动轴承等并非是绝对刚性的情况,为了更好地模拟飞轮系统运行时的实际工况,对影响系统最大的轴承的支承刚度进行了计算,为系统添加了弹性约束。经过分析得出了飞轮系统的固有频率和临界转速,并通过尺寸修正,提高了低阶固有频率,改善了飞轮系统高速运转时的抗振性能。

超导磁悬浮微飞轮系统设计与功耗分析

针对飞轮系统在高转速时功耗大的问题,设计了基于超导磁悬浮轴承的微飞轮系统样机,研究了超导磁悬浮轴承对飞轮系统功耗的影响.微飞轮系统采用超导磁悬浮轴承作为支撑机构,以平面直流无刷电机作为驱动装置,在保证超导轴承场冷高度和电机间隙的条件下设计真空系统,通过搭建飞轮能耗实验平台,对超导磁悬浮飞轮系统的功耗进行分析,并通过测试不同场冷高度下的飞轮系统降速曲线,研究场冷高度对超导磁悬浮轴承的摩擦损耗影响.实验结果表明,在同样功耗下飞轮转子的最高转速可达到33 000r/min,在15 000r/min时超导磁悬浮轴承的功耗仅为机械飞轮系统功耗的1/7,并可以通过增加场冷高度进一步减少系统功耗.超导磁悬浮技术可以满足飞轮系统高转速、低功耗的要求.

电磁悬浮储能飞轮系统的动力学分析

本文对五自由度飞轮储能系统模块进行了动力学分析。先完成了电磁轴承在单自由度方向上电磁力描述,给出了电磁力和控制电流、位移之间的关系;建立整个系统的动力学微分方程,在此基础上,推导出状态空间表达式。基于状态空间完成了系统的稳定性分析,给出了基于线性二次型最优控制的控制器设计方法。

磁悬浮支承-飞轮系统稳定运行关键技术综述

作为飞轮电池(飞轮储能系统)中的核心部件,磁悬浮支承-飞轮系统能否稳定运行直接影响整个飞轮电池系统的运行品质.为促进我国新能源技术发展,加快“双碳”目标实现,在大量前沿研究成果的基础上,系统分析并总结了影响系统运行品质的复杂振动行为,归纳出模态自激振动与强迫响应振动是导致飞轮转子系统失稳的主要因素;基于两类不稳定因素,介绍了拓扑结构、动力学建模、控制策略、辅助保护等与系统稳定运行相关的关键技术的研究现状;提出了拓扑轴系高集成化、系统材料合理配比、辅助控制容错能力及备用轴承高可靠性这几个方面是今后研究的重点领域,旨在为实现磁悬浮支承-飞轮系统的高稳定运行提供解决思路.

飞轮系统的对应性分析故障检测方法

为了实现复杂系统故障的简单、快速检测问题,提出一种基于对应性分析的检测方法,研究了闭环飞轮的故障检测问题。首先,利用飞轮系统的健康数据与故障数据描述飞轮系统的状态,数据向量由飞轮的物理状态参数构成。其次,利用对应性分析方法提取健康数据的故障检测指标及其相应的阈值。最终,利用对应性分析方法提取故障数据的故障检测指标值;并与故障检测指标阈值对比,检测飞轮系统的故障。与扩展卡尔曼滤波故障检测方法相比,不需要复杂的物理建模,利用数据向量之间的关联性即可实现飞轮系统的故障检测。飞轮仿真模型的故障检测结果的对比分析表明:本文算法利用数据关联性避免复杂物理建模;算法能利用实时数据实现在线监测,通用性强。可见,对应性分析故障检测方法具有简单、快速的优点。

飞轮系统轴向磁力轴承永磁体结构设计及优化

以设计结构合理的轴向混合磁力轴承永磁体为目的,满足飞轮系统的工作要求,通过运用ANSOFT电磁分析软件对矩形截面结构和梯形截面结构永磁体在磁轴承中两种工作状态的磁路特性进行分析比较,得出梯形截面结构永磁体较为合理;同时对梯形截面结构倾斜角度进行分析优化,得出梯形截面结构倾斜角度为20°是最优结构,这为飞轮系统中轴向混合磁力轴承可靠性设计提供依据。

压力机电机—飞轮系统设计计算

本文从研究压力机一个工作循环的能量消耗着手,导出了压力机主电机功率,飞轮转动惯量及一次行程功的计算方法。多台小松式压力机校核计算表明,该法计算结果同实际情况完全吻合。

飞轮储能阵列系统协调控制方法综述

因受材料、成本和技术等因素制约,提高单个飞轮储能装置的容量较为困难,难以满足长时间大功率的需求。对此提出使用飞轮阵列来提高飞轮系统的总储能容量,进而降低装置的研发和生产成本。对于飞轮阵列储能系统,研究各储能单元协调控制、相互配合的控制策略是实现阵列高效、安全运行的解决方案。从飞轮储能阵列系统拓扑结构、协调控制策略及协调控制算法进行全面的综述。从飞轮储能阵列不同并网拓扑结构出发,探讨了适用于直流母线并联和交流母线并联对应的功率分配控制策略;随后以飞轮储能阵列并行接入电网为切入点,分别对集中式、主从式与分布式协调控制算法进行比较研究和归纳总结,重点评述了分布式一致性算法优势,并在此基础上进一步总结基于智能算法高效率求解的功率分配控制策略。最后,指出了飞轮储能阵列系统并网运行协调控制面临的挑战。

单点柔性支承的飞轮转子系统电涡流油膜混合阻尼减振性能

针对传统摆动油阻尼器减振性能不足的问题,提出了一种以支承弹簧为弹性元件的油阻尼器结构,并在油阻尼器的基础上,引入了电涡流阻尼,设计了新型的电涡流油膜混合阻尼器。搭建了飞轮旋转试验系统,研究不同支承刚度下不同阻尼对飞轮转子系统幅频特性和临界转速的影响,对比分析了不同转速时的轴心轨迹和时域波形。结果表明,相较于油阻尼器和电涡流阻尼器,电涡流油膜混合阻尼器在减振效果上表现最佳,在临界转速附近,减振率最高可达82.67%。研究结果为单点柔性支承的飞轮转子系统振动控制提供了技术支撑。

CRCC颁发首张飞轮储能系统机构自愿性产品认证证书

2024年10月,中铁检验认证中心有限公司(CRCC)顺利完成首项飞轮储能系统认证,合肥召洋电子科技有限公司获得CN-GDJT-690V/830A型飞轮储能系统机构自愿性产品认证证书。飞轮储能系统作为新能源领域的一项重要技术产品,凭借其储能密度高、适应性强、应用范围广、效率高、寿命长、无污染和维修成本低等优势,正在轨道交通行业中迅速推广,并有望在未来构建新型电力系统和实现碳达峰、碳中和目标的过程中发挥重要作用。

基于双滞环的飞轮储能系统充放电控制策略

针对飞轮储能系统(FESS)充放电过程中直流牵引网压剧烈波动导致电机频繁起停的情况,提出一种基于双滞环的FESS充放电控制策略。该策略在基于电压滞环的传统充放电控制策略的基础上增加了转速滞环控制,通过双滞环控制对FESS的充放电特性进行优化,能够有效避免电机的频繁起停问题,提高系统的储能效率和可靠性。在青岛地铁某线路实现挂网运行,通过工程应用验证了所提策略的可行性和实用性。

城轨交通飞轮储能系统阈值自适应控制研究

飞轮储能系统(FESS)根据直流牵引网压的高低控制飞轮充放电,然而直流牵引网压的剧烈波动会严重影响FESS的响应特性。针对此问题,提出了一种基于阈值自适应调节的FESS控制策略。该策略通过采用两个简单的低通滤波器获得实时网压和动态阈值,从而实现充放电阈值的自适应调节,改善FESS的响应特性和储能效率。在青岛地铁某线路实现挂网运行,通过工程应用验证了所提策略的可行性和实用性。

一种基于非线性扰动观测器的飞轮储能系统优化充电控制策略

飞轮储能系统的工作模式要求在最短的时间内对飞轮进行可靠地充电。该文在分析传统充电控制策略的基础上,结合飞轮储能系统的工作特性,提出了一种基于非线性扰动观测器的优化充电控制策略。外环采用转速控制和能量控制相结合的方式,转速环实现恒转矩控制,能量环实现恒功率控制;引入过渡控制环节实现恒转矩控制和恒功率控制的切换;利用非线性扰动观测器估计电机损耗功率和负载功率并进行前馈补偿;基于控制系统稳态、动态和抗扰动性能的要求,给出一种控制器参数设计方法。与传统控制策略相比,所提充电控制策略恒功率控制灵活,恒转矩控制至恒功率控制切换平滑,且有效抑制了电机损耗功率和负载功率的影响,满足了飞轮储能系统的工作特性要求。最后,仿真和实验结果验证了所提策略的可行性和实用性。

飞轮储能系统电机转子散热研究进展

电机是飞轮储能系统实现电能-动能转换的关键部件,其小体积、大功率的设计特点以及真空运行环境导致电机转子温升问题突出,常规的定子水套冷却已不能满足高功率密度电机转子的散热降温需求。本文首先阐述了飞轮储能电机转子发热的原因及危害,分析了转子涡流损耗、电机温度场的计算方法。回顾了飞轮电机转子被动冷却、主动冷却的研究进展,其中被动冷却包括热辐射与导热,主动冷却包括空心轴内通流冷却与热管冷却,并评估了各种方法的飞轮储能适用性。综合分析表明,强化电机定、转子内部绝缘材料导热以及增强热辐射可以一定程度上防止电机内部热量积聚,降低电机的温度梯度;热管易于安装、集成度高、传热性能优异,但其随轴的旋转传热缺乏验证;空心轴内流冷却技术成熟度高、设计制造简单、传热效果好,可作为高功率密度飞轮电机转子冷却的首选方案。针对MW飞轮储能电机转子散热难题,提出了中空轴内通流冷却的新方案。

基于飞轮储能技术的船舶区域配电系统冲击负荷供能策略

针对船舶区域电力系统中冲击负荷启停时引起的频率大幅度波动故障,采用飞轮储能系统,实现对冲击负荷的功率补偿和对系统频率波动的抑制。当飞轮充电时,采用按转子磁链的矢量控制方法对飞轮驱动电机的转速进行控制,以减少充电时间和过程扰动。当冲击负荷启动引起船舶出现功率缺额和频率波动时,触发飞轮装置进入放电工作模式,配合柴油机组为冲击负荷供电。飞轮储能系统内部自带变频器,能实现交流-直流-交流的转换,达到为冲击负荷稳定供电的目的。采用MATLAB/Simulink平台搭建适用于船舶系统的飞轮储能充放电模型,仿真结果表明,该系统能紧急满足冲击负荷的电能供应需求,从而预防船舶电网出现频率大幅度波动故障和加快故障自愈。