適用于微網儲能的磁懸浮飛輪電池結構優(yōu)化設計與仿真.pdf

1、微電網能夠有效緩解傳統電力工業(yè)在能源和環(huán)境危機中面臨的巨大壓力。但是發(fā)電、用電錯時中造成的能量損失以及分布式電源的不穩(wěn)定性對微網的應用效果影響巨大。因此微網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限制等其它儲能裝置所不能比擬的優(yōu)點而非常適用于微網儲能。但相比在其它領域應用，微網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功耗。為了實現這一目

2、標，本文在磁懸浮飛輪電池的結構方面展開了研究并對其進行了優(yōu)化設計。
　　首先，研究了磁懸浮飛輪電池的支承系統。在研究的基礎上，建立了磁懸浮軸承的數學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分析，為之后的磁懸浮飛輪轉子的研究以及今后控制器的設計奠定理論基礎。
　　其次，通過建立典型磁懸浮飛輪轉子的運動方程來研究轉子的動力學特性。并在此基礎上運用有限元軟件SAMCEF ROTOR對飛輪轉子進行動力學仿真分析。首

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

4、微網對磁懸浮儲能飛輪電池的要求，結合之前支承系統及轉子動力學特性的研究結論，提出以單個飛輪電池最大儲能量3.75KWh為設計基礎，以飛輪的質量體積綜合能量密度為優(yōu)化目標，以飛輪的極限轉速低于彎曲臨界轉速，使飛輪始終工作在剛性狀態(tài)為設計目標，優(yōu)化設計了飛輪結構、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。并將飛輪和軸承結合，設計了一種新型支承結構，實現整個飛輪電池僅靠一個徑向混合磁懸浮軸承和一個軸向混合磁懸浮磁軸承支撐