国内外飞轮储能在能量回收领域应用的最新研究进展
英国卡迪夫大学开展再生制动过程中转动惯量对能量回收影响的研究
文章信息
技术领域：飞轮储能在能量回收领域的应用
开发单位：英国卡迪夫大学工程学院，Adnan Alamili.
技术突破：研究了汽车中飞轮转动惯量对再生制动（RB）过程中能量回收的影响，评估了再生制动过程中的制动时间以及超级电容器存储单元中的存储能量。
文章名称：Adnan Alamili, Yiqin Xue, Fatih Anayi. Laboratory-based examination of the effect of rotational inertia on energy recuperation in the regenerative braking process. Energy Reports, 2020.
应用价值：开发了一套实验系统，用来模拟现实中用于能量回收的再生制动系统。
电动和混合动力汽车中的动态能量回收系统可以在下坡和制动期间辅助回收动能，并将其存储在各种储能单元中，例如飞轮储能（FES）、超级电容器（UCs）或电池，从而在加速条件下使用。其中，飞轮储能单元可用于各种现代工业装置中，例如与电机轴相关联后可以辅助车辆从静止状态启动。
研究人员以无刷直流电动机轴为对象，进行了模拟飞轮储能单元的研究，飞轮惯性在加减速过程中实现了能量的双向传递，实验系统如图1所示，并通过一系列的仿真和实验验证了该方法的有效性。超级电容器存储单元、电压状态和电荷值的变化对驱动和再生制动特性(加速和减速)的影响很大程度上取决于惯性飞轮中存储的动能。本文对整体系统进行了建模和仿真，其中系统结构和参数设置等主要依据于实验系统和实验结果，分析了不同工况条件对再生制动系统特性的影响规律，从而判断出各个参数的最优值。研究人员给出了求解系统静态和动态方程以及传递函数的新方法，并将实验和仿真结果进行了对比分析，结果表明仿真和实验结果吻合良好。（INESA 徐帆，胡东旭 编译）
图1 实验系统照片
图2 转动惯量对发电和储能的影响
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回收装置研究
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技术领域：飞轮储能在能量回收领域的应用
开发单位：四川大学电气工程学院 周群
技术突破：分析了地铁中飞轮储能的充放电控制策略，给出了电流、电压以及速度调节器的参数整定公式，并通过仿真验证了飞轮储能装置能够满足运用所需，有效控制了地铁牵引供电系统中的电压波动。
文章名称：游志昆，周群，王为. 地铁车辆再生制动飞轮储能回收装置研究. 机车电传动，2019.
应用价值：基于飞轮储能的再生制动能量回收控制策略，通过飞轮储能充电吸收地铁车辆再生制动所产生的巨大能量。
城市地铁交通具有站间距短、载客量大、安全准点，以及车辆启动加速快、制动减速频繁等特点，当车辆再生制动时，将产生巨大的制动能量。目前，这些能量反馈到直流电网或第三轨受流电网，除少量被附近地铁车辆吸收利用外，大部分能量则直接被制动电阻以发热形式逸散掉，再生制动能量未被充分利用。在储能技术领域，飞轮储能作为一种新型的储能装置，具有能量密度大、能量转换效率高、工作寿命年限长、充放电时间短等优点，广泛应用于电力系统、电动汽车与航空航天等领域。
研究人员针对地铁车辆再生制动的特点，提出了将飞轮储能装置应用于地铁电气传动系统中，通过充放电控制策略，实现了回收地铁车辆制动产生的再生电能并循环利用，利用Matlab/Simulink 软件进行了仿真试验。结果表明，飞轮储能在地铁制动时能够有效回收再生制动能量，并在地铁车辆启动时又回送出去，实现能量循环利用；同时，能够有效抑制牵引网的电压波动，节约能源。（来源：机车电传动；INESA 徐帆，胡东旭 整理）
图3 飞轮储能控制策略的控制框图
