飞轮储能系统及其运行控制技术研究

飞轮储能技术是以高速旋转的飞轮为载体、将能量以动能的形式储存起 来，当能量紧急缺乏或需要时，再将能量释放出来。这种能量储存方式简单 直接，转换效率高且无环境污染，在能量存储领域很有吸引力。80年代以前， 由于高速旋转飞轮的驱动问题、高效能量转换问题、飞轮轴承摩擦及风阻损 耗等问题都难以解决，所以飞轮储能技术的发展非常缓慢。近十几年来，与 飞轮储能技术相关的磁悬浮技术和现代电力电子技术取得了突破性的进展， 同时出现了适于制作飞轮的新型高强度复合材料如碳素纤维和玻璃纤维等。 这些新成就使得飞轮储能技术取得了突破性的进展，并逐渐向实用化发展。 本文针对目前飞轮储能技术的研究进展情况，在应用于电力系统的飞轮储能 系统的设计与运行控制方面作了较详细的的探讨。 研制了飞轮储能系统的物理模型—飞轮储能试验机组，并从电力系统优 化运行角度出发，提出了飞轮储能机组的控制方法。飞轮储能试验机组主要 包括储存动能的飞轮本体、支撑飞轮的轴承系统、进行能量转化的电动/发 电机组和进行电能变换与传输的电能转换系统。论文给出了飞轮储能试验系 统各部分的具体设计方案，提出了采用双逆变器协调工作完成电能转换与控 制的方法。在分析异步电机αβ坐标系数学模型的基础上提出了发电和电动 过程中飞轮电机动态仿真计算数值模型；设计了应用于配电网的飞轮储能机 组控制策略以及电压调整控制器；分析了电力系统稳态运行时飞轮储能机组 对电网的影响，并着重对分散布置在电网中的飞轮储能机组以及其它无功电 源的最优无功功率分布计算问题进行了研究。进行了飞轮储能试验机组加速 储能试验、机组与电网的同步运行试验，为研制大容量飞轮储能机组奠定了 基础。