適用于微網(wǎng)儲能的磁懸浮飛輪電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、微電網(wǎng)能夠有效緩解傳統(tǒng)電力工業(yè)在能源和環(huán)境危機(jī)中面臨的巨大壓力。但是發(fā)電、用電錯(cuò)時(shí)中造成的能量損失以及分布式電源的不穩(wěn)定性對微網(wǎng)的應(yīng)用效果影響巨大。因此微網(wǎng)中的儲能裝置需具備大容量及良好的快速充放電特性。磁懸浮飛輪電池具有儲能密度高、無污染、充放電快速以及無充放電次數(shù)限制等其它儲能裝置所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)而非常適用于微網(wǎng)儲能。但相比在其它領(lǐng)域應(yīng)用，微網(wǎng)中的磁懸浮飛輪電池需具備更穩(wěn)定的動態(tài)特性、更高的能量密度以及更低的系統(tǒng)功耗。為了實(shí)現(xiàn)這一目

2、標(biāo)，本文在磁懸浮飛輪電池的結(jié)構(gòu)方面展開了研究并對其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　首先，研究了磁懸浮飛輪電池的支承系統(tǒng)。在研究的基礎(chǔ)上，建立了磁懸浮軸承的數(shù)學(xué)模型來研究分析其磁力、剛度和阻尼特性。通過對這些特性的參數(shù)分析，為之后的磁懸浮飛輪轉(zhuǎn)子的研究以及今后控制器的設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。
　　其次，通過建立典型磁懸浮飛輪轉(zhuǎn)子的運(yùn)動方程來研究轉(zhuǎn)子的動力學(xué)特性。并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用有限元軟件SAMCEF ROTOR對飛輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行動力學(xué)仿真分析。首

3、先分析得到的自由狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的模態(tài)頻率和模態(tài)振型，然后根據(jù)其模態(tài)分析了磁懸浮軸承的支撐剛度、支撐跨度、支撐軸承個(gè)數(shù)、轉(zhuǎn)子軸伸長度以及轉(zhuǎn)子本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)對飛輪轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速和模態(tài)的影響，為之后設(shè)計(jì)適用于微網(wǎng)儲能飛輪的轉(zhuǎn)子提供參考。此外，本文還分析了典型飛輪轉(zhuǎn)子在不同的加速過程中，受到不平衡載荷時(shí)的位移瞬態(tài)響應(yīng)，重點(diǎn)分析了不同加速度對轉(zhuǎn)子位移瞬態(tài)響應(yīng)的影響，為電機(jī)的控制和加速方案設(shè)計(jì)提供參考，使飛輪具有更穩(wěn)定的動態(tài)特性。
　　接著，按照

4、微網(wǎng)對磁懸浮儲能飛輪電池的要求，結(jié)合之前支承系統(tǒng)及轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性的研究結(jié)論，提出以單個(gè)飛輪電池最大儲能量3.75KWh為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，以飛輪的質(zhì)量體積綜合能量密度為優(yōu)化目標(biāo)，以飛輪的極限轉(zhuǎn)速低于彎曲臨界轉(zhuǎn)速，使飛輪始終工作在剛性狀態(tài)為設(shè)計(jì)目標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計(jì)了飛輪結(jié)構(gòu)、軸向混合磁懸浮軸承以及一種新型徑向Halbach混合磁懸浮軸承。并將飛輪和軸承結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種新型支承結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)飛輪電池僅靠一個(gè)徑向混合磁懸浮軸承和一個(gè)軸向混合磁懸浮磁軸承支撐