海军工程大学马伟明50MW/120MJ飞轮储能首篇公开论文，3 ...

论文题目：大容量双六相储能电机系统建模与仿真

全部作者：欧阳斌1,马伟明1,王东1,魏克垠2,翟小飞1

期刊名称：电机与控制学报 2014年第1期




论文摘要：大容量双六相储能电机不仅结构复杂，而且工作过程是个暂态过程，难以采用传统解析分析方法进行详细研究。简述了该电机电枢绕组区别与传统十二相电机的布置特点，建立其dq0坐标系的数学模型，进而阐述了电机内部多相绕组之间复杂的电磁耦合关系，采用梯形迭代算法建立其数值仿真模型，并简要说明了励磁控制模型框图，再通过转速同步算法将现有的励磁机模型的转速同步，在PSCAD/EMTDC中构建了较完整的双六相储能电机系统仿真模型。仿真模拟了变流器工作于恒占空比模式的能量释放过程，仿真结果与实验数据吻合，确认了所建模型和算法的正确性。



本文通过先建立双六相储能电机数学模型，进而采用梯形离散算法，在现有商业软件中二次开发建立了对应的数值仿真模型，并与实验结果进行对比。
2  系统结构
某负载所需的秒级脉冲功率几十兆瓦，在秒级内消耗的电能达几十甚至近百兆焦，普通市电电网难以承受这种短时大容量载荷冲击，因此需特别研制相应的大容量储能电机为其提供脉冲电源建立了大容量储能电机的系统仿真模型，

仿真模拟了变流器工作于恒占空比模式的能量释放过程，实测储能电机的输出峰值功率大于20MW


能量释放完毕之后，拖动变频器再开始工作，异步电动机立即拖动整个转子轴系再次加速，为下一次能量释放存储所需能量，如图9所示。在图9 中的约2.3s 之后，储能电机的转速逐渐增加，但由于轴系转动惯量很大，其加速过程远没有普通电机的加速过程快捷。

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2014-6-24 23:29 上传

http://www.paper.edu.cn/journal/ ... /4009/5-2014-1.html

以飞轮储能为代表的惯性储能与其他形式的储能技术相比具有以下特点：
（ 1 ）储能密度高 ， 采用复合材料 、 磁悬浮和抽真空等技术的飞轮储能模块 ， 其质量能量和功率密度分别达 1000W  h/kg 和 10000W/kg 级；
（ 2 ）功率等级覆盖 kW 至 GW 范围、充放电时间覆盖毫秒到几十分钟范围，且充放电过程可控；
（ 3 ）充放电次数与充放电深度无关，寿命长，可达几十年左右；
（ 4 ）能量转换效率高，一般可达 85% ～ 96% ；
（ 5 ）可靠性高、易维护 ；
（ 6 ）使用环境条件要求低，无污染。
现有飞轮储能技术主要有两大分支 ， 第一个分支是以接触式机械轴承为代表的大容量飞轮储能技术 ， 其主要特点是储存动能 、 释放功率大 ， 一般用于短时大功率放电和电力调峰场合 ，
                                                 第二个分支是以磁悬浮轴承为代表的中小容量飞轮储能技术 ， 其主要特点是结构紧凑 、效率更高，一般用作飞轮电池、不间断电源等。
在大容量飞轮储能机组方面 ， 法国 、 日本 、 德国 、 美国和俄罗斯均有大容量储能机组应用 ， 其制造和装配技术已比较成熟 ， 单台储能从几十至数千兆焦范围 ， 释放峰值功率从几十兆瓦至数千兆瓦范围 ， 多由分立的电动机 、 发电机 、 储能飞轮采用联轴器连接构成 ； 电动机多为感应电动机 ， 采用变频器驱动 ； 发电机多为隐极同步发电机 ， 电枢绕组采用三相或六相交流绕组形式 ， 采用数字励磁控制 ； 飞轮多采用超高强度合金钢制作 ， 有的也采用高强度复合材料 ， 外形多为圆柱状或纺锤状 ； 机组均采用机械接触式轴承 。 这类储能机组主要应用于短时大功率放电场合和电力系统调峰领域 ， 如美国德州大学机电中心研制的补偿脉冲发电机 ， 其峰值功率达 10GW ， 用作轨道炮的毫秒级大功率脉冲电源 。 目前 ， 大功率储能本体的
研究热点主要是提高储能机组的集成度、改进轴系的支承方式和降低系统的损耗等方面 ； 应用方面的研究热点主要是储能机组与负载或电网构成全系统后的运行稳定性研究和励磁控制研究等方面。
在中小容量的飞轮储能系统方面 ， 这类系统以磁悬浮飞轮储能系统为典型代表 ， 在国外已经部分实现了产业化。国内在中小容量的飞轮储能系统研究方面的研究单位主要有 ： 清华大学 、 华北电力大学 、 北京飞轮储能柔性研究所 、 北京航空航天大学 、 南京航空航天大学 、中国科学技术大学 、 浙江大学 、 中科院力学所 、 合肥工业大学 、 华中科技大学 ， 海军工程大学等，但多处于探索性科研研究阶段，仅在航天领域有少量的应用。
在大容量飞轮储能机组方面，用于秒级功率释放的机组虽在国内已有多套系统在运行 ， 如核工业西南物理研究院的三套大型交流脉冲发电机组 、 中科院等离子体物理研究所 的100MW 交流脉冲发电机组，但大多为进口产品。国内海军工程大学从 2004 年开始，致力于中大容量集成化飞轮储能模块的研发，以满足舰船综合电力系统调峰和高能武器的需求 ，有望于 2010 年研制出 50MW/120MJ 储能样机 ； 在毫秒级脉冲大功率释放方面 ， 从事这类系统研究的单位主要有华中科技大学 、 中科院等离子体物理研究所等 ， 目前也均处于研发阶段 。

来源   2011 ～ 2020 年我国能源科学学科发展战略报告

http://lt.cjdby.net/thread-1002394-1-1.html

论文题目：大容量双六相储能电机系统建模与仿真

全部作者：欧阳斌1,马伟明1,王东1,魏克垠2,翟小飞1

期刊名称：电机与控制学报 2014年第1期




论文摘要：大容量双六相储能电机不仅结构复杂，而且工作过程是个暂态过程，难以采用传统解析分析方法进行详细研究。简述了该电机电枢绕组区别与传统十二相电机的布置特点，建立其dq0坐标系的数学模型，进而阐述了电机内部多相绕组之间复杂的电磁耦合关系，采用梯形迭代算法建立其数值仿真模型，并简要说明了励磁控制模型框图，再通过转速同步算法将现有的励磁机模型的转速同步，在PSCAD/EMTDC中构建了较完整的双六相储能电机系统仿真模型。仿真模拟了变流器工作于恒占空比模式的能量释放过程，仿真结果与实验数据吻合，确认了所建模型和算法的正确性。



本文通过先建立双六相储能电机数学模型，进而采用梯形离散算法，在现有商业软件中二次开发建立了对应的数值仿真模型，并与实验结果进行对比。
2  系统结构
某负载所需的秒级脉冲功率几十兆瓦，在秒级内消耗的电能达几十甚至近百兆焦，普通市电电网难以承受这种短时大容量载荷冲击，因此需特别研制相应的大容量储能电机为其提供脉冲电源建立了大容量储能电机的系统仿真模型，

仿真模拟了变流器工作于恒占空比模式的能量释放过程，实测储能电机的输出峰值功率大于20MW


能量释放完毕之后，拖动变频器再开始工作，异步电动机立即拖动整个转子轴系再次加速，为下一次能量释放存储所需能量，如图9所示。在图9 中的约2.3s 之后，储能电机的转速逐渐增加，但由于轴系转动惯量很大，其加速过程远没有普通电机的加速过程快捷。

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http://www.paper.edu.cn/journal/ ... /4009/5-2014-1.html

以飞轮储能为代表的惯性储能与其他形式的储能技术相比具有以下特点：
（ 1 ）储能密度高 ， 采用复合材料 、 磁悬浮和抽真空等技术的飞轮储能模块 ， 其质量能量和功率密度分别达 1000W  h/kg 和 10000W/kg 级；
（ 2 ）功率等级覆盖 kW 至 GW 范围、充放电时间覆盖毫秒到几十分钟范围，且充放电过程可控；
（ 3 ）充放电次数与充放电深度无关，寿命长，可达几十年左右；
（ 4 ）能量转换效率高，一般可达 85% ～ 96% ；
（ 5 ）可靠性高、易维护 ；
（ 6 ）使用环境条件要求低，无污染。
现有飞轮储能技术主要有两大分支 ， 第一个分支是以接触式机械轴承为代表的大容量飞轮储能技术 ， 其主要特点是储存动能 、 释放功率大 ， 一般用于短时大功率放电和电力调峰场合 ，
                                                 第二个分支是以磁悬浮轴承为代表的中小容量飞轮储能技术 ， 其主要特点是结构紧凑 、效率更高，一般用作飞轮电池、不间断电源等。
在大容量飞轮储能机组方面 ， 法国 、 日本 、 德国 、 美国和俄罗斯均有大容量储能机组应用 ， 其制造和装配技术已比较成熟 ， 单台储能从几十至数千兆焦范围 ， 释放峰值功率从几十兆瓦至数千兆瓦范围 ， 多由分立的电动机 、 发电机 、 储能飞轮采用联轴器连接构成 ； 电动机多为感应电动机 ， 采用变频器驱动 ； 发电机多为隐极同步发电机 ， 电枢绕组采用三相或六相交流绕组形式 ， 采用数字励磁控制 ； 飞轮多采用超高强度合金钢制作 ， 有的也采用高强度复合材料 ， 外形多为圆柱状或纺锤状 ； 机组均采用机械接触式轴承 。 这类储能机组主要应用于短时大功率放电场合和电力系统调峰领域 ， 如美国德州大学机电中心研制的补偿脉冲发电机 ， 其峰值功率达 10GW ， 用作轨道炮的毫秒级大功率脉冲电源 。 目前 ， 大功率储能本体的
研究热点主要是提高储能机组的集成度、改进轴系的支承方式和降低系统的损耗等方面 ； 应用方面的研究热点主要是储能机组与负载或电网构成全系统后的运行稳定性研究和励磁控制研究等方面。
在中小容量的飞轮储能系统方面 ， 这类系统以磁悬浮飞轮储能系统为典型代表 ， 在国外已经部分实现了产业化。国内在中小容量的飞轮储能系统研究方面的研究单位主要有 ： 清华大学 、 华北电力大学 、 北京飞轮储能柔性研究所 、 北京航空航天大学 、 南京航空航天大学 、中国科学技术大学 、 浙江大学 、 中科院力学所 、 合肥工业大学 、 华中科技大学 ， 海军工程大学等，但多处于探索性科研研究阶段，仅在航天领域有少量的应用。
在大容量飞轮储能机组方面，用于秒级功率释放的机组虽在国内已有多套系统在运行 ， 如核工业西南物理研究院的三套大型交流脉冲发电机组 、 中科院等离子体物理研究所 的100MW 交流脉冲发电机组，但大多为进口产品。国内海军工程大学从 2004 年开始，致力于中大容量集成化飞轮储能模块的研发，以满足舰船综合电力系统调峰和高能武器的需求 ，有望于 2010 年研制出 50MW/120MJ 储能样机 ； 在毫秒级脉冲大功率释放方面 ， 从事这类系统研究的单位主要有华中科技大学 、 中科院等离子体物理研究所等 ， 目前也均处于研发阶段 。

来源   2011 ～ 2020 年我国能源科学学科发展战略报告

http://lt.cjdby.net/thread-1002394-1-1.html