基于飞轮储能技术的电力系统的应用

1、学术论文写作课程论文基于飞轮储能技术的电力系统的应用姓名：学院（系）：专 业：班 级：学号：南京航空航天大学二0四年四月十二日基于飞轮储能技术的电力系统的应用摘要：本文针对已有儿t年历史的飞轮储能，从飞轮储能技术的储能原理、储能系 统构成及实现飞轮储能系统应用的关键技术问题等角度，系统地介绍该技术在电力 系统中的应用以及其价值分析。关键词:电力系统；飞轮储能；系统稳定性;the application of power system based on flywheel energy storagetechnologyabstract: in this paper, flywheel energ

2、y storage which has several thousand years of history , flywheel energy storage technology from the principle of energy storage, energy storage system structure and key technology issues such as flywheel energy storage system applications point of view, the systematic introduction of the technology

3、in the power system applications as well as its value analysis keywords: power systems; flywheel energy storage technology; generating system1. 引言飞轮储能己启几千年的历史，远古的人类就愦得用旋转的轮盘储存能最来制造圆形陶 器。在汽车，拖拉机中也用飞轮来使直线运动转换成旋转运动吋更加平稳。而现代飞轮储 能时是通过高速电动机带动飞轮旋转，将电能转换成动能；释放能量时，再通过飞轮带动 发电机发电，转换为电能输出。电力系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求

4、侧管理, 消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅叮以更冇效地利川电力设备，降低供电成本,还可以促进町 再生能源的应用。2. 飞轮储能技术的储能原理飞轮储能的工作原理即在电力富裕条件下，由电能驱动飞轮到高速旋转，电能转变为 机械能储存；当系统盂要时，飞轮减速，电动机作发电机运行，将飞轮动能转换成电能，供 用户使用。飞伦储能通过转了的加速和减速，实现电能的存入和禅放。飞伦储能系统工作 过程可划分为三种工作模式：1）飞轮充电模式：交流电源给飞轮控制器供电，飞轮控制器 控制电能输入使飞轮达到额定最高工作转速。2）飞轮能最保持模式：飞轮系统依靠最小的交流电输入，保持飞轮在最高工作转速运行。3）飞轮放电模式：交

5、流电源中断，飞轮给飞 轮控制器供电，控制器提供不间断电源给用户负载，飞轮转速下降。3. 飞轮储能系统的构成飞轮储能系统主要包括转了系统、轴承系统和转换能量系统三个部分构成。另外还冇一些 支持系统，如真空、深冷、外壳和控制系统。基本结构如图1所示。转子系统：飞轮转动吋动能再飞轮的转动惯量成正比。而飞轮的转动惯量又正比于飞轮直 径的2次方和匕轮的质量（j=（o.51）*m*ra2, 0轮质量分布均匀时収0.5,质量完全集中在边缘 时取1）。当过于庞大、沉重的飞伦在高速旋转时，会受到极大的离心力作用，往往超过飞轮材 料的极限强度，很不安全。因此，用增大飞轮转动惯量的方法來增加飞轮的动能是冇限的。轴承

6、系统：支撑转子的轴承，支撑转子运动，降低摩擦阻力，使整个装置则以最小损耗运 行。转换能量系统：飞轮储能装置中冇一个内置电机，它既是电动机也是发电机。在充电时, 它作为电动机给飞伦加速；当放电时，它又作为发电机给外设供电，此时飞伦的转速不断f降; 而当飞轮空闲运转时，整个装置则以最小损耗运行。飞轮储能器中没冇任何化学活性物质，也没冇任何化学反应发生。旋转时的飞轮是纯粹的机械运动，飞轮在转动吋的动能为:图1 飞轮储能结构示意图e=l/2jcoa2式中：j为飞轮的转动惯虽co为e伦旋转的角速度.3 飞轮储能系统在电力系统中的应用3.1利用飞轮储能系统实现电力系统调峰随着电力供应和需求的才盾fl益加剧

7、，电力需求的特点是昼栈变化很大，巨大的峰谷差表所以电力调峰是电当电网负荷处于低飞伦机组作为发电飞轮储能系统川于现为峰期电力紧张而谷期电力过剩，这对电力系统运行的经济性影响很大。力系统必须要充分考虑的重要问题。将临轮储能系统应用于电力系统调峰, 谷时，飞伦机组作为电动机运行，把电能转换为飞轮动能；在用电高峰时, 机运行，将飞轮动能转化为电能返回系统，从而起到平衡电网负荷的作川。电力调峰时要有较大的储能容量，这与用于系统稳定是情形不同。目丽广泛使用抽水蓄能电站进行调峰。这种储能方式具有技术成熟、储能人、储能吋间长 等优势，但是受到地理因素影响人，破坏环境，有时需要距离输电等。由于飞伦储能系统有能

8、量输入欧输出快捷，町就近分散放置，不污染、不损坏坏境的特点，所以飞轮储能系统应丿ij与 电力系统调峰更具冇优势。3.2飞轮储能系统提高电力系统稳定性我国电力系统正在逐步实现全国联合人电网。这样的人型联合电力系统很容易发化弱阻尼 低频机电振荡稳定问题，如果在系统振荡上没有合适的阻尼，振荡可能持续几分钟并发展肓到 系统解列。因此，研究电力系统稳定性问题，特别是小干扰稳定性问题是一个重大而迫切的课 题。多年的研究和实践表明在某些发电机的励磁系统上加装电力系统稳定器是抑制低频振荡的 一种经济有效的方法。其基本原理是采用适当的反馈信号，通过有效的相位补偿环节，产住与 机组转子摇摆中的阻尼分量相位一致的阻

9、尼转矩。实践证明，电力系统稳定器的使用，对电力 系统中局部振荡模式的抑制-1f常有效。但是对于大型电力系统，存在非常复杂的振荡模式，有 的振荡模式町能町能与局部振荡相差羡远。这些复杂的振荡模式有时会给传统的电力系统稳定 器的有效性带來不利影响，严重时甚至不能正常工作。电力系统稳定器必须通过发电机励磁控 制装置才能使用，其使用地点有时会受到限制，而且，电力系统稳定器的参数梏定与需要补偿 的相位有关，而这常常是因系统而界的，这些缺点也会在一定程度上限制它的灵活使用。近年 来利用飞能储能系统来抑制低频振荡，利用飞能储能系统抑制低频振荡，提高小干扰稳定性, 具有现实的意义。将飞轮储能系统川丁电力系统稳

10、定性控制。飞轮储能系统具有储能、发电、 调相等多种功能，而且便于分散安装，将:其用于电力系统稳定性控制，可实现有功功率和无功 功率同吋双向大范围快速调节，增强电力系统的稳定性。3.3提高电能质量和供电可靠性耳前，配电系统电对靠性和电能质量方面述不能满足用户对电能质量的要求，配电网止常 运行时，由于负荷唸谷差以及人负荷的投切筹原因电压偏移经常超过额泄电压，这会给很多用 户的用电设备造成危害；当系统发生故障时，对于那些采用计算机控制的自动化生产线和精密 加工等行业，停电将造成巨人的经济损失。重合成功示，人批异步电动机同时启动加速，造成 配电系统冇功无功严重缺乏，从而引起供电系统发生电压跌落现彖。此

11、时，单纯依靠无功补偿 设备已经无法解决供电质量问题，必须同时采用电能存储设备向配电网输送侑功功率。分布式飞轮储能系统能在短时间内向配电网输送有功功率，可以有效的缓解负荷大幅度突 变对配电系统造成的压力，同时还可抑制电压波动和电压跌落现象。分布式飞轮储能系统应用 于电力系统的配电网述可以对电压和波形质址进行严格的监视和控制，对提高电能质址和供电 可靠性具有重要的作用。4.结论本文研究了飞轮储能技术在电力系统调峰和电力系统稳定性中的应用，飞轮储能机组対电力 系统可以起到削峰填谷的作用，可以提高电力系统的静态稳定性，还可提高电力系统的何态稳 定性和供电可靠性。£轮储能机组作为一种重要的调峰

12、手段分散接入电网是可行的，由于e轮 机组运行控制的灵活性，可使电力系统的运行町靠性和稳定性和供电的质量得到大幅度提高。参考文献1范瑜.电气工程概论m.第1版，北京:高等教育出版社,2006.210216. 程时杰，文劲宇，孙海顺.储能技术及其在现代电力系统屮的应用j.电气应用，2005, 24(4) ： 1&3 陈建斌，胡玉峰，吴小辰.储能技术在南方电网的应用前景分析j.南方电网技术，2010, 4(6)： 3236.4 孙秋霞，王法庆.halbach磁体结构的外转了永磁电机设计分析j.微电机，2006 , 39 (7)： 35 37.5 bhargava b,dishaw gapplication of an energy source power system stabilizer on the 10mw battery energy storage system at chino substationj.ieee trans on