【正文】 () M 為飛輪的轉(zhuǎn)矩。 一個(gè)繞著中心軸旋轉(zhuǎn)的薄圓盤形飛輪 ，如若飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)的 角速度 為 ω，那么它所具有的動(dòng)能 可以表示為： 212EJ?? () 式中 J 為 飛輪的 軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 飛輪儲(chǔ)能的 特性 研究飛輪儲(chǔ)能的特性應(yīng)當(dāng)分為兩部分，一是充電特性，二是放電特性。 2）飛輪能量保持模式： 飛輪保持最高轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)，需要依靠一定的交流電輸入。飛輪儲(chǔ)能設(shè)備的實(shí)際原理就是電能到機(jī)械能再到電能的轉(zhuǎn)化，圖 展示的是它的原理框圖。 電機(jī)的轉(zhuǎn)子和飛輪的轉(zhuǎn)子是連接在一起的，飛輪充電（儲(chǔ)能）時(shí)，電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)到一個(gè)很高的速度，使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后在飛輪放電（釋能）時(shí)，電機(jī)又作為發(fā)電機(jī)，通過(guò)降低飛輪的速度把飛輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。 其中， 飛輪儲(chǔ)能設(shè)備的核心組成部分是 轉(zhuǎn)子、電機(jī)和電力轉(zhuǎn)換器 。飛輪儲(chǔ)能設(shè)備在電力系統(tǒng)中可以用于調(diào)峰、 UPS 或與新能源發(fā)電結(jié)合，用以穩(wěn)定輸出功率。所以，根據(jù)不同的儲(chǔ)能設(shè)備的特性，還有不同的應(yīng)用環(huán)境，來(lái)選擇最適合、 最有經(jīng)濟(jì)性的儲(chǔ)能設(shè)備是極其有必要的。 所以各種儲(chǔ)能方式都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，有不同的特性和應(yīng)用方向。 鈉硫電池充電迅速，電池功率的密度也非常高。 它的原理是把能量?jī)?chǔ)存在一個(gè)磁場(chǎng)中，這個(gè)磁場(chǎng)是由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的， 能量幾乎不產(chǎn)生損耗。 h。 飛輪儲(chǔ)能以動(dòng)能的形式存儲(chǔ)能量，經(jīng)過(guò)功率變換器，完成機(jī)械能與電能之間的互相轉(zhuǎn)換。 抽水蓄能是在負(fù)荷較低時(shí)從下水池向上水池抽水，將電能轉(zhuǎn)化成勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)，在負(fù)荷較高的時(shí)候利用上水池的水來(lái)發(fā)電。 壓縮空氣儲(chǔ)能的原理是在一個(gè)密閉的高壓容器內(nèi)壓入空氣，釋放壓縮空氣時(shí)空氣會(huì)推動(dòng)活塞或汽輪機(jī)，從而產(chǎn)生 電能。 蓄電池能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為化學(xué)能 進(jìn)行長(zhǎng)期保存 ，而且它價(jià)格低廉 ，經(jīng)濟(jì)效益高 。 目前，主要的 機(jī)械儲(chǔ)能 方式有 抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等 ，主要的化學(xué)儲(chǔ)能方式是 各類蓄電池，包括 各類 鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池 和 鋰離子電池等 主要的電磁儲(chǔ)能方式有 超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能 等 。另外，當(dāng)微電網(wǎng)處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以削弱負(fù)荷高峰，補(bǔ)償諧波電流；當(dāng)微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在 微電網(wǎng)斷開大電網(wǎng)后 保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。 使用 了 儲(chǔ)能設(shè)備，就能提供一個(gè)快速功率緩沖 ， 吸收或供電 ， 提供有功功率 ， 有功或無(wú)功功率的補(bǔ)償 ， 就能穩(wěn)定 ， 平滑電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。 在微電網(wǎng)中如果有光伏發(fā)電或風(fēng)能發(fā)電等微電源，外界環(huán)境 的變化可能會(huì)使微電源的輸出功率發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電能質(zhì)量的下降，發(fā)生電壓驟降或跌落的問題。儲(chǔ)能設(shè)備能夠提供有功功率和無(wú)功功率，并且通過(guò)控制并網(wǎng)逆變器，能有效地調(diào)節(jié)它的輸出，保證電能質(zhì)量。 3） 改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量 微電網(wǎng)要作為一個(gè)電源與外部大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，就必須要能應(yīng)對(duì)電壓閃變、電流諧波畸變、功率因數(shù)變化和電壓不對(duì)稱的要求。 儲(chǔ)能 設(shè)備 用于電力負(fù)荷不平衡時(shí)，在用電量低時(shí)儲(chǔ)電 ，而在用電高峰時(shí)送電。 所以，作為微網(wǎng)的功率緩沖環(huán)節(jié)，儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于微網(wǎng)的作用越來(lái)越重要 。如圖 所示， 儲(chǔ)能系統(tǒng)解決了電力負(fù)荷需求的峰值問題，在負(fù)荷低谷期，系統(tǒng)中的儲(chǔ)能設(shè)備可以儲(chǔ)存多余的電能，再在負(fù)荷的高峰期回饋給微電網(wǎng)，從而調(diào)節(jié)了負(fù)荷對(duì)電力功率的需求。 如果用調(diào)峰電廠來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的峰值負(fù)荷，雖然可以解決這個(gè)問題，但是調(diào)峰電廠運(yùn)行昂貴，實(shí)現(xiàn)比較困難。 2） 電力調(diào)峰 微網(wǎng)中的微電源一般由分布式電源組成，在遇到外界環(huán)境變化的情況時(shí)，它們的發(fā)電量往往會(huì)發(fā)生波動(dòng)。 在這兩種 運(yùn)行 模式的轉(zhuǎn)換 過(guò)程 中， 微電網(wǎng) 往 往會(huì)存在 一定的功率缺 額， 解決功率缺額的方法就是 在 微 網(wǎng) 系統(tǒng)中配備 一定 數(shù)量 的儲(chǔ)能 設(shè)備 ，它們的作用就是儲(chǔ)存能量， 以 保證 這兩種模式 的轉(zhuǎn)換能夠 平穩(wěn)過(guò)渡， 從而保證 系統(tǒng)的穩(wěn)定 運(yùn)行 。 儲(chǔ)能設(shè)備在微網(wǎng)中的重要 作用 1） 短時(shí)供電 在 微電網(wǎng) 運(yùn)行中 有兩種運(yùn)行模式：并網(wǎng)運(yùn)行模式 和 孤島運(yùn)行模式。 ③ 與普通的儲(chǔ)能方式相比，分布式儲(chǔ)能有更高的能量轉(zhuǎn)換效率和響應(yīng)速度。 分布式儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn) 分布式儲(chǔ)能具有 很多 優(yōu)點(diǎn)： ①分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)是模塊化的 系統(tǒng) ， 所以，它能夠快速地組裝，并且靈活性好，現(xiàn)場(chǎng)安裝更加簡(jiǎn)便，可以實(shí)現(xiàn)多功能。主要有兩方面： 從電網(wǎng) 的 角度 來(lái)看 ， 能夠 提高電網(wǎng)的靈活性 ；另外， 從分布式電源 的 角度 來(lái)看 ， 可以 為 微網(wǎng)中的 分布式電源配備儲(chǔ)能 設(shè)備 。 儲(chǔ)能技術(shù) 按照儲(chǔ)能方式的不同可以分為三大類， 例 如抽水儲(chǔ)能、 飛輪儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能 等 屬于物理儲(chǔ)能；例 如氧化還原液流電池、 鉛酸電池、鋰離子電池 、 鈉硫電池等屬于化學(xué)儲(chǔ)能；例 如 超級(jí)電容器儲(chǔ)能 和超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能 等 屬于電磁儲(chǔ)能 。發(fā)展與創(chuàng)新儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)于我國(guó)的電力產(chǎn)業(yè)和交通產(chǎn)業(yè)具有決定性意義。 由于采用了多代理控制技術(shù)，能夠分散控制微電網(wǎng)系統(tǒng)的反應(yīng)能力和自制性能，這個(gè)方法的缺點(diǎn)是 不能進(jìn)行頻率和電壓的控制。這個(gè)方法的缺點(diǎn)是不能協(xié)調(diào)地與調(diào)速發(fā)電機(jī)相結(jié)合控制系統(tǒng)。 這個(gè)方法滿足了系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的要求， 系統(tǒng)的有功和無(wú)功功率由它分別開來(lái)并且單獨(dú)控制。 但是這種方法的應(yīng)用范圍比較狹窄，只是針對(duì)微電源在電力電子方面的控制，因?yàn)闆]有考慮微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率恢復(fù)的問題，使得在微網(wǎng)在受擾動(dòng)時(shí)不能穩(wěn)定系統(tǒng)的頻率。 一般來(lái)說(shuō)， 微電網(wǎng) 有以下幾類 控制方 式 [3]： 1）基于電力電子技術(shù)的 控制方法 ，比如“即插即用” 。 微網(wǎng)的運(yùn)行與控制應(yīng)當(dāng)能夠自主的選擇運(yùn)行方式，從而可以平滑地與外部電網(wǎng)并網(wǎng)和分離，而且一個(gè)其它電源的接入應(yīng)當(dāng)不會(huì)影響到系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，微電網(wǎng)必須能夠在電網(wǎng)事件中自己收集本地信息，然后自主做出響應(yīng)。 微電網(wǎng)需要有既完善又穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，才能增加運(yùn)行的可靠性，并且能輸出高質(zhì)量的電能。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，微網(wǎng)中負(fù)荷的能量由主網(wǎng)提供。儲(chǔ)能設(shè)備能夠使微網(wǎng)在自治運(yùn)行 的時(shí)候更加安全、高效和可靠，可以使微網(wǎng)向負(fù)荷提供的電能質(zhì)量更高。 4） 在 微網(wǎng)中， 微電源 所 提供的總功率和負(fù)荷需求 是動(dòng)態(tài)變化的，并非任何時(shí)候都達(dá)到了平衡。另外，有的微電源本身就屬于工頻交流電源，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)外 部 電 網(wǎng) 微型燃?xì)廨啓C(jī) 光伏電池 敏感負(fù)荷 供熱 可中斷負(fù)荷 微型燃?xì)廨啓C(jī) 燃料 電池 和一些小功率的發(fā)電機(jī)，它們都屬于鼠籠式感應(yīng)電機(jī)。圖中畫出的光伏電池、燃料電池 都屬于直流電源，需要經(jīng)過(guò)升壓與 逆變 后 才能進(jìn)行并網(wǎng)。 2）圖中圓圈表示的是微電源。 1） 圖中虛線表示的是能量管理器 的信息傳輸線，連接著各個(gè)分離器與微電源，可以綜合分析整個(gè)微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。 A、 B、 C 三條饋線通過(guò)微網(wǎng)的主隔離裝置與外部電網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)結(jié)，主隔離裝置一般為一個(gè)靜態(tài)開關(guān)，開關(guān)的附近設(shè)有公共連接點(diǎn) PCC（ Point of Common Coupling）。 微網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu) 微網(wǎng)的 一般 結(jié)構(gòu) [2]如圖 所示，它的結(jié)構(gòu) 一般 有 微電源、能量管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能設(shè)備和負(fù)荷四個(gè)部分 ，可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用進(jìn)行增減 。為了解決分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)帶來(lái)的影響，美國(guó)可靠技術(shù)解決方案協(xié)會(huì)（ CERTS） [1]把分布式發(fā)電與負(fù)荷組合作為配電的子系統(tǒng)，提出了微電網(wǎng)的解決方法 與其 概念：微電網(wǎng) 系統(tǒng)由負(fù)荷和微電源共同組成，并且 可 以同時(shí)供 能和 供熱 ； 相對(duì)于大電網(wǎng)微電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，它可以保證用戶電能的質(zhì)量和供電安全；微電網(wǎng)內(nèi)部電能的轉(zhuǎn)換和控制主要由電力電子器件提供。但是各種儲(chǔ)能設(shè)備都有它自己的優(yōu)勢(shì)和局限，因而針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)電要求，應(yīng)當(dāng)使用不同的儲(chǔ)能設(shè)備。在智能電網(wǎng)的建設(shè)中，應(yīng)用儲(chǔ)能設(shè)備可以使新能源發(fā) 電的電力穩(wěn)定而可靠地并入電網(wǎng)，因而為了使新能源發(fā)電能為用戶提供高質(zhì)量的電力，儲(chǔ)能設(shè)備是必不可少的，儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展也是勢(shì)不可擋的。其中，儲(chǔ)能設(shè)備無(wú)疑是微 電 網(wǎng)中 最 重要的組成部分 之一 。 第一章 緒論 研究背景 人類社會(huì)進(jìn)入 21 世紀(jì)，由于有限的化石能源的逐步消耗殆盡和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，人們呼吁建立可再生的清潔能源來(lái)取代現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)，于是以太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)為主的新能源技術(shù)被建立起來(lái)并且迅猛發(fā)展。 leadacid battery。 energy storage technology。 最后，設(shè)計(jì)總結(jié)了本次研究的結(jié)果，得出了儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)的共同點(diǎn)， 建立了 儲(chǔ)能系統(tǒng)的一般 數(shù)學(xué) 模型，研究了其作為微電源和儲(chǔ)能設(shè)備如何在微電網(wǎng)中應(yīng)用，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制系統(tǒng)，論述了儲(chǔ)能系統(tǒng)如何進(jìn)行容量的選擇 。 首先， 本文 簡(jiǎn)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(yùn)行中對(duì) 各部分 組成 的技術(shù)要求 和其控制方法，主要 介紹 了儲(chǔ)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 。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 （ 畢業(yè) 論文） 題 目： 儲(chǔ)能設(shè)備在微電網(wǎng)中的應(yīng)用 儲(chǔ)能設(shè)備在微電網(wǎng)中的應(yīng)用 摘 要 現(xiàn)今，各種儲(chǔ)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(jì)主要對(duì)各種儲(chǔ)能設(shè)備的性能，儲(chǔ)能設(shè)備應(yīng)用于微電網(wǎng)的方法，儲(chǔ)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(duì)各種儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)的特性 ， 對(duì)各種儲(chǔ)能設(shè)備的在各種環(huán)境中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和局限性進(jìn)行了分析比較 。 再其次 ， 對(duì)超導(dǎo)磁儲(chǔ)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(chǔ)能設(shè)備 的模型及控制系統(tǒng)，對(duì) 超導(dǎo)磁儲(chǔ)能設(shè)備改善負(fù)荷端電壓這個(gè)重要應(yīng)用 進(jìn)行了仿真分析，得出了 超導(dǎo)磁儲(chǔ)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(chǔ) 能技術(shù) ； 飛輪儲(chǔ)能 ； 鉛蓄電池 ； SMES 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)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 method, It mainly introduces the application of energy storage technology principle and the significance of its application in the micro grid. Then, for a variety of basic structure, general principle of energy storage devices are introduced, describing the characteristics of the various energy storage systems, for a variety of energy storage device of the advantages and limitations of application in various environments is analyzed and pared. Secondly, analyzed the energy storage systems have in mon and to establish the mathematical model of the studied it as a micro power and energy storage equipment how to application in the micro grid, the corresponding control system were designed, the capacity of energy storage system is expounded in the paper how to choice. Third, the application of supercondu