200 kW/180 MJ飞轮储能系统转子有限元分析与实验分析

金 梅,颜廷鑫,张立国,李光军,王 玮,王 娜

(1.燕山大学 河北省测试计量技术与仪器重点实验室，河北 秦皇岛 066004;2.北京航空航天大学,北京 100083)

1 引 言

飞轮储能技术一般通过永磁同步电动发电一体机[1]将机械能与电能相互转化的技术,具有响应速度快、大功率充放电、环保无污染、安全高效等优点。从20纪90年代清华大学等单位研究飞轮储能开始,到目前市场上成型的250 kW/3 kWh,仅适用于小功率负载应用,尚缺少大功率、高储能量的研究和应用。飞轮储能系统工作时需要频繁的调整升降速来维持电网质量,因此工作转速范围应排除临界转速,更要避免储能单体的自振频率。刘彩霞等[2]利用有限元分析软件ANSYS,对传感器加载垂直力和剪切力进行有限元分析,得到传感器在三维力作用下的应力应变分布状态,并进行了实验验证。戴兴建等[3]对20 kW/1 kWh飞轮进行了飞轮轴系的动力学研究;史涔溦等[4]对不同材料的超高速飞轮轴系进行了分析;周元伟等[5]等运用控制变量法分析磁轴承刚度与阻尼随控制参数变化下的600 Wh轴系转子的模态频率分布位置及不平衡振动响应规律;文献[6]研究了采用AMB悬浮的刚性转子的非线性动力学,发现转子的径向和轴向振动特性受转子质量的影响;Yang S M[7]发现,当旋转频率接近共振频率时,微型磁悬浮旋转机械的径向振荡变得过大;文献[8]调节控制系统的比例系数,控制系统的刚度可调,从而获得理想的自振频率。

本文以解决电网系统载荷波……