飞轮储能系统充放电电阻-水冷泄放电阻选型参考

利用电能测量方法对500Wh飞轮储能实验系统的充放电效率进行测量，飞轮储能系统充放电循环的升速、降速范围为12000r/min~36 000r/min~12000r/min，实验中测得电机及其控制损耗为49%。分析表明，即使将电机效率、控制器效率提高到95%，系统充放电循环效率也难以超过80%。综合考虑飞轮储能系统及辅助系统的能耗，探讨了高效率飞轮储能系统的运行方式和条件，飞轮储能系统应用于航天环境对提高充放电循环效率比较有利。

飞轮充放电效率测量

基于高速气体离心机技术基础，清华大学在国内较早开展了飞轮储能技术的实验研究，于1997年研制成功300W·h飞轮实验系统，2001年改型飞轮储能实验系统达到42000r/min，碳纤维复合材料飞轮边缘线速度达到660m/s，储能500W·h，可用能量290W·h。

超高速离心机采用的永磁轴承-小型螺旋槽流体动压锥轴承的混合支撑方式具有结构简单、运行可靠、成本低廉的突出优点，其摩擦损耗微小，因此在飞轮储能充放电、复合材料飞轮结构技术的实验研究中采用了这种混合支承[7-9]。如图1所示，飞轮的上支承是永磁环和导磁环组成的非接触永磁轴承，永磁轴承给转子提供一定的轴向吸力，减轻下端锥轴承的轴向负载而减小轴承摩擦功耗。

为实现升速存储动能、降速释放动能，采用了电动/发电互逆式永磁无刷直流电机。永磁部分为烧结钕铁硼(NdFeB)永磁体，瓦片型，径向磁化，结构如图2所示。采用有铁心电机，铁心齿数为12，轭中嵌放对称三相绕组，绕组为星形联结，并与逆变器中各开关管相连，采用方波驱动电流和数字信号处理(DSP)控制器，实现飞轮系统的充放电。

电能测量

为了测量整个飞轮电机充放电效率，建立图3所示实验系统。测量方法是:在设备电源输入端安装数显三相电度表，直接测量输入电能;输出负载串联电流表，并联电压表，再通过实时记录的放电时间计算出放电量。测试充放电循环时，由于12000r/min以下，系统不能维持110V交流电压，能量可用性差，因此确定充电循环飞轮电机转速由12000r/min升速到36000r/min，发电循环转速由36 000r/min降速到12 000r/min，充放电之间无待机空载状态。飞轮电机放电深度:

充电、放电效率分析与测量 效率分析

(1)充电效率。充电效率定义为充电结束后飞轮(转动惯量为J)转速(单位为:r/min)由nь升到"，飞轮所具有的动能与电机控制系统输入电能E之比，即

放电效率。发电降速时，发电机带负载运行，电机回路有电流通过，铁损、铜损同时存在，带动负载要经过电力变换器而存在转换能量损耗合称发电损耗。但是目前这些损耗还不能通过试验方法直接测量，于是考虑采用间接测量的方法。通过记录负载的电压U和电流，得到负载功率P，开始放电时，便开始记录时间。实验过程中记录负载的电压U和电流了的同时需要记录相应的时间to，t，t2，3，t，…，将相邻时间作差便得到了各个功率对应的近似放电时间At=t-to，At2-t1，…，再将功率对时间积分，便得到负载有用功W

放电效率定义为放电结束后，飞轮转速由降到n，系统放出的电能(负载有用功)与飞轮所具有的动能之比，即充放电效率。飞轮电机充放电效率定义为放出能量(负载有用功)与系统输入能量之比，即

选用EAK水冷泄放电阻器。440KW峰值功率计算的电阻方案：需要440KW/20KW=22个。根据进出口水温的要求，最好匹配48个我们的双面水冷充放电电阻。

审核编辑 黄宇