【正文】 () dJdt? 前 的負(fù)號表示轉(zhuǎn)速逐漸變小 。 飛輪的轉(zhuǎn)子運動方程 可以表示為 ： eLdJ T T Bdt? ?? ? ? () eT 表示 電磁轉(zhuǎn)矩； LT 表示 負(fù)載 的 轉(zhuǎn)矩； J 表示 飛輪的轉(zhuǎn)動 慣量； B 表示摩擦系數(shù)； ω是 飛輪轉(zhuǎn)動 時 的 角速度。 在飛輪受到正向的不平衡轉(zhuǎn)矩的作用時，飛輪會加速直至最 高工作轉(zhuǎn)速，同樣，在受到反向的不平衡轉(zhuǎn)矩的作用時，又會減速直至最低工作轉(zhuǎn)速， 在充電與放電的循環(huán)中，飛輪有一個最高轉(zhuǎn)速和一個最低轉(zhuǎn)速，所以可以用式 ()表示飛輪所能儲存的最大能量： ? ?22m a x m in12EJ ??? ? ? () J 表示 飛輪的轉(zhuǎn)動慣量； max? 與 min? 分別表示 飛輪的 最高轉(zhuǎn)速和 最低轉(zhuǎn)速。但是由于飛輪充放電時轉(zhuǎn)速的特性，兩個部分只有在轉(zhuǎn)子的運動方程上有一些不同。 3）飛 輪放電模式： 飛輪降低轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機發(fā)電，為電網(wǎng)提供不間斷電源。 圖 飛輪儲能工作原理 在 飛輪儲能設(shè)備 的 工作過程 中一共有 三種工作模式： 飛輪 發(fā)電機 /電動機 電動控制及發(fā)電品質(zhì)調(diào)節(jié) 電能輸入 電能輸出 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 1）飛輪充電模式： 使用交流電源供電，電機在飛輪控制器的控制下使飛輪的轉(zhuǎn)速達(dá)到最高轉(zhuǎn)速。電能的存儲與釋放，就是通過飛輪的增速和減速來完成的。 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 飛輪儲能設(shè)備的結(jié)構(gòu) 飛輪儲能的原理 飛輪儲能系統(tǒng)用電動機為飛輪加速，使其旋轉(zhuǎn)，這樣能將電能轉(zhuǎn)化為機械能然后儲存在飛輪中，當(dāng)需要能量的時候，發(fā)電機將飛輪降低速度，將機械能轉(zhuǎn)化為電能，然后重新充電。 飛輪儲能設(shè)備的結(jié)構(gòu) 如圖 所示，飛輪儲能設(shè)備一般由以下 5 部分組成 [8]： 1） 用于支撐轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的軸承系統(tǒng)； 2） 飛輪轉(zhuǎn)子，主要由高強度的復(fù)合纖維材料組成，是儲存能量的主體； 3） 真空室，用于減少風(fēng)力損耗，提高飛輪轉(zhuǎn)速，保證安全； 4） 用于轉(zhuǎn)換能量和功率 的電動機和發(fā)電機復(fù)合體； 5） 電力轉(zhuǎn)換器， 作用是 將輸入電流轉(zhuǎn)化為直流電輸入電機，或?qū)?設(shè)備的 輸出電能進(jìn)行調(diào)頻整流 后 輸出給負(fù)載。 表 各儲能形式的應(yīng)用方向 [7] 儲能類型 額定功率 反應(yīng)時間 應(yīng)用方向 機械儲能 抽水蓄能 100～ 2022MW 4～ 10h 日負(fù)荷調(diào)節(jié)，頻率控制和系統(tǒng)備用 壓縮空氣儲能 100～ 300MW 6～ 20h 發(fā)電廠調(diào)峰，系統(tǒng)備用電源 飛輪儲能 5kW～ 15s～ 15min 調(diào)峰，頻率控制， UPS，電能質(zhì) 量調(diào)節(jié)，輸配電系統(tǒng)穩(wěn)定性 化學(xué)儲能 鉛酸電池 1kW～ 50MW 1min～ 3h 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)，頻率控制，備 用電源，黑啟動， UPS 液流電池 100kW～ 100MW 1～ 20h 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)，備用電源，削 峰，能量管理，再生能源集成 鈉硫電池 kW 級～ MW 級 Min 級～ h 級 各種應(yīng)用均可 電磁儲能 超級電容器儲能 1～ 100kW 1s～ 1min 電能質(zhì)量 調(diào)節(jié)，輸配電系統(tǒng)穩(wěn) 定性 超導(dǎo)電磁儲能 10kW～ 1MW 5s～ 5min UPS，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)，輸配電系 統(tǒng)穩(wěn)定性 飛輪儲能 在各種與能源有關(guān)的系統(tǒng)當(dāng)中，飛輪儲能都有著非常廣闊應(yīng)用。 從表 可以看出，不同的儲能設(shè)備有著不同的功率密度和反應(yīng)時間，對于不同的儲能設(shè)備，要想在電力系統(tǒng)中應(yīng)用，也存在不同的技術(shù)上的要求，其外，它們的應(yīng)用方畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 向也不同。 但是鈉硫電池 只 能在鈉和硫都 處于液態(tài)的高溫下才能運行 （即 在達(dá)到 320 度左右的溫度）， 如果陶瓷材料的電介質(zhì)發(fā)生破損，電池內(nèi)部就會形成回路，這時高溫的液態(tài)鈉和硫就會相互接觸，發(fā)生劇烈反應(yīng)而產(chǎn)生超過 2022℃ 的高溫，非常危險。不過，超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)現(xiàn)象要在極低的溫度下才能實現(xiàn) ，而維持這樣的低溫狀態(tài)需要非常昂貴的費用。 超導(dǎo)儲能幾乎不會 對環(huán)境造成污染，而且儲存的效率 非常高。飛輪儲能循環(huán)使用壽命長，工作溫區(qū)較寬，無噪聲，無污染，最大容量已達(dá)到5kW抽水蓄能是目前比較成熟的儲能方式，而且利用率很高，它的運行簡單，有較長的使用期，不過效率很低。這種儲能方式一般在廢棄的礦井或者洞穴里才能進(jìn)行，而且改造這樣的 洞穴成本很高，一般需要花費兩年左右的時間才能完成。但隨著工業(yè)的發(fā)展，化學(xué)儲能過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染與腐蝕問題已經(jīng)不能忽視。 時至今日 ， 各種各樣的蓄電池被用于儲存電能 。 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第二章 微電網(wǎng)中 各種 儲能設(shè)備的 特性 儲能設(shè)備的分類 現(xiàn)今， 越來越多 的儲能方式 被人們開發(fā)出來 ，儲 能設(shè)備 如果按照其儲能 原理 的不同可以分為 三類，即 機械儲能、化學(xué)儲能和電磁儲能。 文獻(xiàn) [6]證明了利用儲能系統(tǒng)可以 解決 微電網(wǎng)中 電壓驟降等電能質(zhì)量問題。這時，如果為微電源加上儲能設(shè)備，就能解決這個問題。所以，儲能設(shè)備在提高微網(wǎng)電能質(zhì)量中發(fā)揮了及其重要的作用 [5]。除此之外，微電網(wǎng)必須保證電壓和頻率不會經(jīng)常出現(xiàn)波動，而且不能有太多的停電事故，這樣微電網(wǎng)中的負(fù)荷才能得到較高的電能質(zhì)量。當(dāng)系統(tǒng)中配置了儲能設(shè)備過后，電網(wǎng)電力需求就如同圖中虛線所示 ，變得較為平滑 ， 由畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 此 可見，儲能設(shè)備具有 調(diào)節(jié)電力負(fù)荷平衡 的作用 [4]。 如圖 所示，實線代表沒有配置儲能設(shè)備時的電網(wǎng)電力需求，高峰期和低谷期明顯。另外，儲能設(shè)備使電網(wǎng)不必再設(shè)立專門的峰值負(fù)荷調(diào)節(jié)發(fā)電機組，它充分利用了負(fù)荷低谷期的多余電能，節(jié)約了電能。 圖 電網(wǎng)電力需求圖 如果在微網(wǎng)中安裝儲能設(shè)備，就能夠有效的解決調(diào)峰的問題。在這個時候，如果微電網(wǎng)規(guī)模太小以至于系統(tǒng)沒有比較強的調(diào)節(jié)能里，系統(tǒng)震蕩和負(fù)荷波動將會導(dǎo)致微網(wǎng)不能穩(wěn)定運行，嚴(yán)重影響系統(tǒng)。在新能源發(fā)電中， 經(jīng)常會 由于外界 環(huán)境條件的變化而出現(xiàn)沒有電能輸出的情況，例如光伏發(fā)電遇到的 夜間 無光源的情況和 風(fēng)力發(fā)電 中的沒有風(fēng)吹過的情況等 ，這 個 時 候 就需要儲能系統(tǒng)向 微電網(wǎng) 系統(tǒng)中的用戶 進(jìn)行 持續(xù) 的 供電。 并網(wǎng)運行模式是在外部電網(wǎng)系統(tǒng)正常運行的時候微電網(wǎng)所處運行狀態(tài)；孤島運行模式 是當(dāng)外部電網(wǎng)發(fā)生故障或者電能質(zhì)量發(fā)生變化并且被微電網(wǎng)所檢測到， 從而微電網(wǎng)與外部電網(wǎng)斷開聯(lián)結(jié)，進(jìn)入獨立運行狀態(tài)。 ④ 分布式儲能有利于提高發(fā)電和輸電過程中的能量利用率并且提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。 ②分布式儲能系 統(tǒng) 有利于降低發(fā)電過程中化石燃料的消耗，減少廢氣的排放，所以相對減少了電力系統(tǒng)的環(huán)境污染。 儲能技術(shù)在分布式電源并網(wǎng)中也有著重要的應(yīng)用，儲能設(shè)備能夠通過適當(dāng)?shù)某浞烹妬硎闺娫茨芷交剌敵龉β?，以減小其對電網(wǎng)的不良影響。 目前， 儲能技術(shù)可用于解決風(fēng)光發(fā)電并網(wǎng)時 對電網(wǎng)的影響 問題。 儲能技術(shù)的 一般原理 儲能技術(shù)就是把多余的電能通過物理、化學(xué)等方式儲存起來，在需要的時候釋放的技術(shù)方法。 儲能 設(shè)備 在微網(wǎng)中的重要作用 近年來，各國能源、電力、交通等部門都非常重視對于研究和發(fā)展儲能技術(shù)的研究與發(fā)展，我國也非常重視儲能技術(shù)的發(fā)展。 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 3） 使用 多代理技術(shù)的 方法控制系統(tǒng) 。這種多控制方法可以使控制系統(tǒng)更加靈活，性能更加優(yōu)越。 2）基于功率管理系統(tǒng)的控制。 該方法 簡單，而且具有 可靠性，容易實現(xiàn)。 另外，微網(wǎng)還有許多優(yōu)異的特性，對有功和無功功率進(jìn)行單獨控制、平衡系統(tǒng)功率、抑制電壓跌落。比如，由于故障或停電而發(fā)生電壓跌落時，微電網(wǎng)可以利用本地的數(shù)據(jù)信息，自主地進(jìn)行獨立運行的轉(zhuǎn)換，而不需要和傳統(tǒng)控制方式那樣的統(tǒng)一調(diào)度。在 微網(wǎng)中，微電源的個數(shù)往往很多，要用單一的中央控制器控制整個系統(tǒng)并且能夠應(yīng)對變化是很難的。孤島運行時， 由于主網(wǎng)不能再為微網(wǎng)提供電能 ， 為了保證重要負(fù)荷的功能，這時微網(wǎng)中的負(fù)荷所需的電能都是微網(wǎng)中的微電源所提供的。 微網(wǎng)的運行與控制 微網(wǎng)有兩種運行狀態(tài)： 外部無故障時，微網(wǎng)與外部電網(wǎng)連接， 這時的 運行狀態(tài)稱為并網(wǎng)運行 ； 外部 發(fā)生 故障時，微網(wǎng)與外部電網(wǎng) 分離，這時的 運行方式稱為孤島運行。 在不能達(dá)到平衡的時候，微電網(wǎng)通過儲能設(shè)備吸收或釋放能量來平衡系統(tǒng)能量的富余 或不足。 3） 饋線 A 由光伏電池提供電能，以解決其敏感負(fù)荷的問題； 饋線 B 上 是 可中斷負(fù)荷 ，因而可以不用配置專門的微電源；饋線 C 的可調(diào)節(jié)負(fù)荷可以采用微型燃?xì)廨啓C與燃料電池聯(lián)合供電。 圖中畫出的微型燃?xì)廨啓C所發(fā)出的電雖然是交流電，但需要整流然后進(jìn)行逆變，將微 輪機發(fā)出的高頻電能經(jīng)過交直交轉(zhuǎn)換成工頻電源才能進(jìn)入微電網(wǎng)，所以，它屬于交直交電源。微電源按所發(fā)出的電的性質(zhì)可分為直流電源、交直交電源和工頻交流電源。 圖中方框代表潮流控制器， 在微網(wǎng)中，負(fù)荷是實時的變化的，潮流控制器的作用是根據(jù)本地的電壓與頻率調(diào)節(jié)線路的潮流，這時，微電源為了保持功率的平衡可以相應(yīng)增減其輸出功率。微網(wǎng)通過主隔離裝置可進(jìn)行并網(wǎng)運行與孤島運行的切 換。 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 微網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖 如 圖 所示，微網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈輻射型，其中包括了一條母線和三條饋線，并且，饋線通過主分離器和外部配電網(wǎng)相連。 微網(wǎng) (microgrid)是微電網(wǎng)的簡稱。 微 電 網(wǎng)技術(shù)概述 微電網(wǎng)的概念 分布式發(fā)電在降低能耗、提高電能質(zhì)量和供電可靠性的同時也可能會引起電網(wǎng)電壓和頻率的偏移而給電網(wǎng)安全運行帶來威脅。儲能設(shè)備可以大致分為機械儲能、電化學(xué)儲能和電磁儲能三大類。 隨著電力電子技術(shù)與材料技術(shù) 不斷 地發(fā)展，儲能設(shè)備的效率、能量密度、響應(yīng)速度和容量 等不斷提高。風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電是具有波動性和隨機性的，所以人們在分布式電源的基礎(chǔ) 上提出了微 電 網(wǎng)的概念 。 leadacid battery。 energy storage technology。 最后，設(shè)計總結(jié) 了本次研究的結(jié)果，得出了儲能設(shè)備在微 電 網(wǎng) 的應(yīng)用 中能起到重要作用的結(jié)論。 其次， 分析了儲能系統(tǒng)的共同點， 建立了 儲能系統(tǒng)的一般 數(shù)學(xué) 模型，研究了其作為微電源和儲能設(shè)備如何在微電網(wǎng)中應(yīng)用，設(shè)計了相應(yīng)的控制系統(tǒng)，論述了儲能系統(tǒng)如何進(jìn)行容量的選擇 。 首先， 本文 簡單 闡述了微 電 網(wǎng)的原理和結(jié)構(gòu)，總結(jié)了微 電 網(wǎng) 運行中對 各部分 組成 的技術(shù)要求 和其控制方法，主要 介紹 了儲能技術(shù)的 應(yīng)用 原理以及其 在微電網(wǎng)中應(yīng)用的重要意義 。畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 本科生畢業(yè)設(shè)計 說明書 （ 畢業(yè) 論文） 題 目： 儲能設(shè)備在微電網(wǎng)中的應(yīng)用 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 儲能設(shè)備在微電網(wǎng)中的應(yīng)用 摘 要 現(xiàn)今，各種儲能設(shè)備能夠在技術(shù)性能上滿足諸多應(yīng)用需求，其在微電網(wǎng)中的應(yīng)用已變得極為重要。本設(shè)計主要對各種儲能設(shè)備的性能，儲能設(shè)備應(yīng)用于微電網(wǎng)的方法，儲能設(shè)備在微電網(wǎng)中所起的作用與功能進(jìn)行了研究。 然后，對各種儲能設(shè)備的基 本結(jié)構(gòu)、一般原理進(jìn)行了介紹， 描述了各種儲能系統(tǒng)的特性 ， 對各種儲能設(shè)備的在各種環(huán)境中應(yīng)用的優(yōu)勢和局限性進(jìn)行了分析比較 。 再其次 ， 對超導(dǎo)磁儲能設(shè)備在微電網(wǎng)中的應(yīng)用 進(jìn)行了仿真分析 ， 建立了微網(wǎng)中超導(dǎo)磁儲能設(shè)備 的模型及控制系統(tǒng)，對 超導(dǎo)磁儲能設(shè)備改善負(fù)荷端電壓這個重要應(yīng)用 進(jìn)行了仿真分析，得出了 超導(dǎo)磁儲能設(shè)備 可以很好地在微網(wǎng)中發(fā)揮作用的結(jié)論。 關(guān)鍵詞： 微 電 網(wǎng) ； 儲 能技術(shù) ； 飛輪儲能 ； 鉛蓄電池 ； SMES 畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） Energy Storage Devices in the Application of the Microgrid Abstract Nowadays, various energy storage devices are able to meet various application requirements on the technical performance, their applications in the microgrid has bee extremely important. This design is mainly study the performance of the kinds of energy storage equipment, the way of storage equipment applied in micro grid, the role and function of energy storage equipment in micro grid. First of all, this article simply expounds the principle and structure of the micro grid, summarizes the micro grid in the operation of the technical requirements of the various parts and its control meth