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超导磁悬浮飞轮储能系统及其能量回馈环节的设计

陈娟  
【摘要】:近年来,日益增长的电能需求促使电力系统向着大容量、大电网互联的方向发展。这种发展模式存在许多弊病,例如运行复杂、系统安全性低、输电设施利用率低等。电能储存技术是解决这些弊端的重要措施之一,将储能技术应用于电力系统,可以减小电力系统负荷的峰谷差,抑制电力系统振荡,提高系统运行的稳定性,提高电能质量和供电可靠性。另外,将储能技术应用于新能源发电技术中,还可以提高新能源的利用效率。 本文对飞轮储能系统的关键技术之一——超导磁悬浮轴承进行试验研究。轴承系统选用国内外研究较少的超导磁悬浮轴承与机械轴承相结合的方式。文中首先介绍了超导磁悬浮的原理,通过试验测量得到悬浮力F随永磁体和超导体之间间距h变化的关系图,得出为使装置能量损耗最小时两者最佳间距。 然后,根据超导磁悬浮飞轮储能样机的释能曲线,对飞轮系统的能量回馈环节进行了研究设计。由于在释能过程中飞轮的转速不断降低,因此永磁无刷直流电机(作发电机用)输出的电压也会随之不断降低,为了保证飞轮系统向电网回馈的电压稳定,满足负荷的要求,必须先经过DC-DC升压电路升压,使直流侧母线电压维持在360V,确保在DC-AC转换时为220V交流电,实现飞轮储能系统与电网的柔性无缝连接。 本文对低压DC/AC转换器(10-15Vdc/220V)给出了一种新颖的设计方案。DC-DC升压环节采用的是推挽型DC/DC升压变换器,在中低功率的场合,这种拓扑结构功耗小,效率高。DC-AC逆变环节采用的是单相半桥逆变电路。文中首先对这两种电路拓扑结构的原理进行了详细的说明,然后分别给出了主电路与控制电路的设计和选型。 文章给出了整个飞轮储能系统能量回馈环节的设计流程,为以后的设计提供参考。


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