邢向上，姜新建

（清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京 100084）

飛輪儲(chǔ)能是一種以物理形式進(jìn)行電能和機(jī)械能（動(dòng)能）相互轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能裝置。它由高速旋轉(zhuǎn)的飛輪本體、飛輪電機(jī)、電機(jī)控制器、軸承和真空室等輔助裝置組成。飛輪儲(chǔ)能主要有：儲(chǔ)能、待機(jī)和釋能三種工作狀態(tài)。飛輪儲(chǔ)能時(shí)，電源通過(guò)飛輪控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)飛輪本體加速至指定轉(zhuǎn)速，將電能轉(zhuǎn)換為飛輪動(dòng)能儲(chǔ)存起來(lái)；飛輪待機(jī)時(shí)，維持飛輪指定轉(zhuǎn)速；飛輪釋能時(shí)，飛輪降速，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，通過(guò)飛輪控制器輸出電能，從而將飛輪動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能釋放。

面對(duì)能源和環(huán)境危機(jī)，各國(guó)紛紛大力發(fā)展對(duì)環(huán)境友好的可再生能源（風(fēng)能、太陽(yáng)能等），以此來(lái)減少對(duì)化石能源的依賴。但風(fēng)能與太陽(yáng)能等新能源受季節(jié)和天氣的影響很大，具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，導(dǎo)致其發(fā)電輸出功率具有波動(dòng)性，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性造成沖擊[1]。為了提高新能源發(fā)電的電能品質(zhì)和供電的可靠性，需要在發(fā)電系統(tǒng)中接入儲(chǔ)能系統(tǒng)，它不僅可用于電力調(diào)峰，而且還可用于電力系統(tǒng)調(diào)頻控制。與傳統(tǒng)的化學(xué)電池相比，飛輪儲(chǔ)能具有功率密度高、充放電速度快、放電深度易測(cè)、對(duì)環(huán)境友好、適應(yīng)溫度范圍廣、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[2]，在許多傳統(tǒng)蓄電池的應(yīng)用領(lǐng)域，如UPS、混合動(dòng)力汽車、航天等，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是蓄電池的替代品之一。近年來(lái)，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外能源領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，其發(fā)展涉及電氣、機(jī)械、材料等多門學(xué)科。高強(qiáng)度復(fù)合材料、低損耗軸承、高速電機(jī)和電力電子等方面新技術(shù)的迅猛發(fā)展，為高速飛輪儲(chǔ)能的發(fā)展注入了新的活力[3-4]。

飛輪電機(jī)及其控制器是飛輪儲(chǔ)能裝置的重要組成部分，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的吸收及釋放，采用不同的飛輪電機(jī)及其控制技術(shù)得到的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能也不同。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電機(jī)及其控制器的要求有：工作在電動(dòng)或發(fā)電工況、高速性能好、效率高、空載損耗極低、體積小、噪聲低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易維護(hù)等[5]。目前在飛輪儲(chǔ)能裝置中應(yīng)用的電機(jī)主要有永磁無(wú)刷直流電機(jī)[6-7]、永磁同步電機(jī)、異步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)[8]，各種電機(jī)都有自己的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其相對(duì)應(yīng)的電機(jī)控制技術(shù)也不同，它們?cè)陲w輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中具有各自的優(yōu)勢(shì)和不足，本文重點(diǎn)討論這些飛輪電機(jī)及其控制技術(shù)。

1 永磁無(wú)刷直流電機(jī)及其控制技術(shù)

1.1 永磁無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及其性能特點(diǎn)

永磁無(wú)刷直流電機(jī)（permanent magnet brushless DC motor，PMBDCM）結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的直流電機(jī)，它在轉(zhuǎn)子上放置永磁體、在定子上安置電樞繞組，利用電力電子電路代替電刷滑環(huán)進(jìn)行電樞電流的換向。永磁無(wú)刷直流電機(jī)具有和直流電機(jī)類似的性能優(yōu)點(diǎn)：易起動(dòng)、調(diào)速范圍寬、控制簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)；又克服了傳統(tǒng)直流電機(jī)由于機(jī)械換向器所造成的電刷滑環(huán)易磨損、維護(hù)工作量大、轉(zhuǎn)速受限的缺點(diǎn)。其不足是：由于永磁體的引入使得電機(jī)制造成本較高，高溫下永磁體易退磁和消磁，其結(jié)構(gòu)也沒有磁阻電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)堅(jiān)固，而且電機(jī)必須依靠位置傳感器進(jìn)行電流的換向，定子電流方波也使得其諧波成分高、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大。

1.2 永磁無(wú)刷直流電機(jī)的控制技術(shù)

永磁無(wú)刷直流電機(jī)的特性與傳統(tǒng)的直流電機(jī)類似，只是用電力電子器件組成的變換電路取代電刷滑環(huán)組成的機(jī)械換向器實(shí)現(xiàn)電流換向，這也就使得永磁無(wú)刷直流電機(jī)和傳統(tǒng)直流電機(jī)一樣，它的端電壓和電機(jī)轉(zhuǎn)速符合關(guān)系式(1)

式中，U為定子平均輸入相電壓；I為定子繞組相電流；R為定子相繞組電阻；E為每相繞組的反電勢(shì)；ce為反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，僅與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)；φ為每極磁通總量，由轉(zhuǎn)子上的永磁體決定；n為轉(zhuǎn)速。

由式(1)可得電機(jī)轉(zhuǎn)速滿足的關(guān)系為

由于R、ce、φ均不易改變，所以永磁無(wú)刷直流電機(jī)一般通過(guò)改變定子平均輸入電壓U來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

永磁直流電機(jī)在飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用有不同的控制器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[9]采用了如圖1所示的帶有雙向buck-boost環(huán)節(jié)的飛輪電機(jī)控制器，三相全橋電路按照轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號(hào)進(jìn)行換向，虛線框中的部分作為一個(gè)整體等效為一臺(tái)直流電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與定子平均電壓符合關(guān)系式(2)，通過(guò)調(diào)節(jié)輸入電壓就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制；虛線框外的雙向buck-boost電路通過(guò)直流斬波控制實(shí)現(xiàn)對(duì)定子平均相電壓的調(diào)節(jié)。在儲(chǔ)能時(shí)，開關(guān)管V2不工作，V1、VD2、L、C2組成buck-boost電路，V1導(dǎo)通時(shí)，電感L、開關(guān)管V1與直流電源組成回路，隨著電感電流的增加，儲(chǔ)存在電感中的能量增加，開關(guān)管V1關(guān)斷時(shí)，電感通過(guò)VD2續(xù)流為電容C2充電，通過(guò)控制V1的開通和關(guān)斷時(shí)間的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電壓的調(diào)節(jié)，根據(jù)式(2)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)；釋能時(shí)，三相橋式電路不工作，依靠反并聯(lián)的續(xù)流二極管進(jìn)行不控整流，此時(shí)，由于飛輪轉(zhuǎn)速下降，飛輪電機(jī)發(fā)出的交流電的幅值降低，整流得到的直流電壓不斷下降，不能滿足直流母線電壓不變的要求，直流側(cè)的直流升壓環(huán)節(jié)開始發(fā)揮作用，電力電子開關(guān)V1不工作，V2、VD1、L、C1組成buck-boost電路，調(diào)節(jié)直流電壓，使直流母線電壓保持恒定。

圖1 帶有雙向buck-boost的永磁無(wú)刷直流電機(jī)控制器Fig.1 Controller of PMBLDCM with bidirectional buck-boost

這種控制方式的兩部分分工明確，便于理解和控制，但是所用的開關(guān)管較多，使得控制器的制造成本較高。對(duì)此，文獻(xiàn)[10]在飛輪電機(jī)的控制中利用電機(jī)自身電感和三相全橋電路組成boost電路，采用的控制器框圖如圖2所示。此時(shí)，三相全橋電路兼顧電流換向和直流電壓的調(diào)節(jié)，以反電勢(shì)ea-eb>0為例，當(dāng)開關(guān)管V2導(dǎo)通時(shí)，電流按照虛線所示回路流通，電感中儲(chǔ)存能量；當(dāng)V2關(guān)斷時(shí)，電流按照實(shí)線所示的回路流通，向電容中儲(chǔ)能。所以電機(jī)自身電感、V2、VD1和直流母線電容組成boost電路，電動(dòng)勢(shì)為其它關(guān)系時(shí)，工作過(guò)程與之類似。

圖2 飛輪電機(jī)控制器Fig.2 Controller of motor for flywheel energy storage

與帶有雙向buck-boost環(huán)節(jié)的控制器相比，這種結(jié)構(gòu)的控制器所用的開關(guān)管的數(shù)量減少，降低了控制器的制造成本，但這種控制器的工作開關(guān)頻率較高，控制難度大。兩種控制器結(jié)構(gòu)各有優(yōu)勢(shì)與不足，在對(duì)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)控制器的制造成本與控制難度進(jìn)行綜合考慮，采用合適的控制器結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[11]采用功率為100 kW永磁無(wú)刷直流電機(jī)研制了容量為10 kW·h的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子質(zhì)量為164 kg，轉(zhuǎn)速達(dá)到15000 r/min

2 永磁同步電機(jī)及其控制技術(shù)

2.1 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)

永磁同步電機(jī)（permanent magnet synchronous motor，PMSM）與永磁無(wú)刷直流電機(jī)都屬于永磁電機(jī)，只是反電勢(shì)的波形不同，其反電勢(shì)為正弦波。永磁同步電機(jī)和普通電勵(lì)磁同步電機(jī)原理相同，只是轉(zhuǎn)子用永磁體勵(lì)磁取代了電勵(lì)磁結(jié)構(gòu)；永磁同步電機(jī)取消了勵(lì)磁設(shè)備，從而也就去除了損耗高、故障率高的電刷和滑環(huán)等裝置，因而運(yùn)行可靠。永磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：調(diào)速范圍寬、功率密度高、效率高、功率因數(shù)高。但是，由于永磁同步電機(jī)需要在轉(zhuǎn)子上安裝永磁體，因而造價(jià)較高，使用不當(dāng)容易造成永磁體退磁消磁，同時(shí)，也造成轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不如鼠籠型感應(yīng)電機(jī)和磁阻電機(jī)堅(jiān)固耐用。永磁同步電機(jī)在飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中也很常用，尤其是在高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)中。

2.2 永磁同步電機(jī)的控制技術(shù)

圖3 基于永磁同步電機(jī)飛輪儲(chǔ)能控制器Fig.3 Controller of flywheel driven by permanent magnet synchronous motor

永磁同步電機(jī)控制器是由全控器件組成的，三相橋式電路如圖3所示。它可以作為雙向PWM變流器運(yùn)行，從而滿足飛輪控制器要實(shí)現(xiàn)能量雙 向流動(dòng)的功能要求。在儲(chǔ)能階段，飛輪控制器運(yùn)行于逆變狀態(tài)，將直流電變換為變壓變頻的交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)；在釋能階段，飛輪控制器運(yùn)行在PWM整流狀態(tài)，將永磁同步電機(jī)發(fā)出的變壓變頻的交流電整流成電壓恒定的直流電輸出。

永磁同步電機(jī)常用的控制策略有直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制。直接轉(zhuǎn)矩控制是在定子靜止坐標(biāo)系中對(duì)電機(jī)定子磁鏈和電機(jī)轉(zhuǎn)矩實(shí)施獨(dú)立控制，它通過(guò)查詢電壓矢量表，從而在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻選擇合適的電壓空間矢量來(lái)實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩近似解耦的控制效果；矢量控制技術(shù)是通過(guò)坐標(biāo)變換，將定子三相靜止坐標(biāo)系下的三相交流電流變換成按照轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩個(gè)直流分量——?jiǎng)?lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，分別控制大小，使得同步電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)解耦控制，根據(jù)不同的控制目標(biāo)，變換組合，達(dá)到需要的電磁轉(zhuǎn)矩。目前常用的矢量控制策略有以下幾種：定子電流勵(lì)磁分量為零控制、定子電流最小控制、單位功率因數(shù)控制、恒磁鏈控制、復(fù)合控制等。直接轉(zhuǎn)矩控制具有動(dòng)態(tài)反應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)，但是存在較大的脈動(dòng)；矢量控制技術(shù)較為成熟，穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能佳，應(yīng)用更為廣泛，在永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中多采用矢量控制。

文獻(xiàn)[12]采用的永磁同步電機(jī)為400 kW，工作轉(zhuǎn)速為1800~3600 r/min，儲(chǔ)能5 kW·h。在飛輪儲(chǔ)能階段，采用恒轉(zhuǎn)矩和恒功率的復(fù)合控制方式；在釋能階段，采用綜合弱磁控制方式?；谑噶靠刂频娘w輪儲(chǔ)能系統(tǒng)控制框圖如圖4、圖5所示，在飛輪儲(chǔ)能（充電）過(guò)程中，采用轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制（圖4）；在飛輪釋能（放電）過(guò)程中，采用直流電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制（圖5）。

圖4 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)充電控制框圖Fig.4 Charging control block diagram of flywheel energy storage system

圖5 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)放電控制框圖Fig.5 Discharging control block diagram of flywheel energy storage system

3 異步電機(jī)及其控制技術(shù)

3.1 異步電機(jī)的性能特點(diǎn)

異步電機(jī)（也稱感應(yīng)電機(jī)）應(yīng)用廣泛、制造技術(shù)成熟、堅(jiān)固耐用、維護(hù)工作量小、制造成本低，但是電機(jī)效率低、功率因數(shù)低、發(fā)電時(shí)需要從外界吸收無(wú)功功率。因此，異步電機(jī)一般應(yīng)用于低速大容量的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中。

3.2 異步電機(jī)的控制技術(shù)

異步電機(jī)通常采用矢量控制技術(shù)，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電控制。飛輪控制器的結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示，是由兩個(gè)背靠背的三相全橋電路組成的控制器。網(wǎng)側(cè)全橋電路通過(guò)電感與電網(wǎng)相連，對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行控制；機(jī)側(cè)全橋電路與感應(yīng)電機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)的矢量控制。異步電機(jī)矢量控制技術(shù)是通過(guò)坐標(biāo)變換，將定子三相靜止坐標(biāo)系下的三相交流電流變換成按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)、氣隙磁場(chǎng)或定子磁場(chǎng)定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩個(gè)直流分量——?jiǎng)?lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，分別控制大小使得電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)解耦控制，獲得需要的電磁轉(zhuǎn)矩。文獻(xiàn)[13]中的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，鼠籠式異步電機(jī)的額定功率為45 kW，飛輪轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為60 kg·m2，容量為12 MJ，工作轉(zhuǎn)速為3000~5000 r/min。

圖6 異步電機(jī)控制器Fig.6 Controller of induction machine

4 開關(guān)磁阻電機(jī)及其控制技術(shù)

4.1 開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理及性能特點(diǎn)

開關(guān)磁阻電機(jī)的基本原理是：磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，由磁場(chǎng)扭曲而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩?；窘Y(jié)構(gòu)如圖7所示，當(dāng)定子DD’磁極勵(lì)磁時(shí)，所產(chǎn)生的磁力力圖使轉(zhuǎn)子的極軸線11’旋轉(zhuǎn)到與定子極軸線DD’相重合的位置。若以圖7中定轉(zhuǎn)子所處的相對(duì)位置為起始位置，依次給D、A、B、C相定子繞組通電、斷電，轉(zhuǎn)子就會(huì)以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；反之，若依次給C、B、A、D相通電、斷電，則電機(jī)就會(huì)沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。

圖7 開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.7 Structure of switched reluctance motor

開關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、耐高溫、成本低、工作可靠及效率高等優(yōu)點(diǎn)，且其定子僅有集中繞組，轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊成，無(wú)線圈和永磁體，適合于高速及超高速運(yùn)行[14]。但開關(guān)磁阻電機(jī)這種特殊的結(jié)構(gòu)也帶來(lái)了一些缺點(diǎn)，如轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲大，且運(yùn)行必須依靠傳感器獲得轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

4.2 開關(guān)磁阻電機(jī)的控制技術(shù)

開關(guān)磁阻電機(jī)可控制的參數(shù)有定子電壓、開通角和關(guān)斷角。根據(jù)改變控制參數(shù)的方式，開關(guān)磁阻電機(jī)有三種控制模式，即角度位置控制（APC）、電流斬波控制（CCC）與電壓控制（VC）。其中，APC是電壓保持不變，通過(guò)改變開關(guān)角與關(guān)斷角調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，適用于高速區(qū)，但對(duì)于每一個(gè)由轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩確定的運(yùn)行點(diǎn)，開通角與關(guān)斷角有多種組合，每一種組合對(duì)應(yīng)不同的性能，具體操作很復(fù)雜，且很難得到滿意的性能；CCC實(shí)際上是調(diào)節(jié)電壓的有效利用值，與APC相似，它也可以隨轉(zhuǎn)速、負(fù)載要求調(diào)節(jié)開關(guān)角；VC是在固定的開關(guān)角的條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)繞組電壓控制電機(jī)轉(zhuǎn)速[15]。

文獻(xiàn)[14]就開關(guān)磁阻電機(jī)在飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)中的運(yùn)用進(jìn)行了探索，其采用如圖8所示的不對(duì)稱型半橋功率變換器作為開關(guān)磁阻電機(jī)控制器。其控制策略是：在飛輪儲(chǔ)能階段，當(dāng)電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，采用電流斬波控制（CCC）方式，實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩控制；當(dāng)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，采用角度位置控制（APC）方式，通過(guò)固定關(guān)斷角、控制導(dǎo)通角來(lái)間接控制電流脈動(dòng)的大小和相對(duì)位置，控制各相繞組的導(dǎo)通位置和導(dǎo)通期長(zhǎng)短實(shí)現(xiàn)恒功率控制。在飛輪釋能階段，將關(guān)斷角固定在一個(gè)優(yōu)化值上，通過(guò)調(diào)節(jié)開通角來(lái)控制輸出功率和穩(wěn)定輸出電壓，實(shí)現(xiàn)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)電狀態(tài)下的恒壓輸出。

圖8 開關(guān)磁阻電機(jī)控制器Fig.8 Controller of the switched reluctance machine

文獻(xiàn)[14]對(duì)所提出的采用開關(guān)磁阻電機(jī)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)所采用的系統(tǒng)容量只有4 kW，轉(zhuǎn)速達(dá)到2500 r/min，而且也沒有對(duì)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試，因此還需要更深入的研究。

5 常用飛輪儲(chǔ)能電機(jī)的特性比較

通過(guò)對(duì)常用的4種飛輪儲(chǔ)能電機(jī)性能的對(duì)比研究可以得到如表1所示的結(jié)果。由表1可知永磁同步電機(jī)和永磁無(wú)刷直流電機(jī)由于采用永磁體勵(lì)磁，效率和功率密度高，但轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不如異步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)堅(jiān)固，而且成本較高。永磁無(wú)刷直流電機(jī)與永磁同步電機(jī)相比，永磁無(wú)刷直流電機(jī)控制性能接近于直流電機(jī)，控制簡(jiǎn)單，但由于永磁無(wú)刷直流電機(jī)的反電勢(shì)為梯形波，換向時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，所以永磁無(wú)刷直流電機(jī)不如永磁同步電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子上既沒有繞組又沒有永磁體，在高速運(yùn)行條件下受離心力影響較小。異步電機(jī)制造技術(shù)成熟，鼠籠型的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，而且容量較大，但轉(zhuǎn)差功率的存在造成其效率比較低，所以一般用在低速大容量飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)中。在發(fā)電狀態(tài)下，異步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)都需要外界提供勵(lì)磁，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性[16]。

表1 常用飛輪儲(chǔ)能電機(jī)性能比較Table 1 The comparison of the performance of the motors used in FESS

6 結(jié) 語(yǔ)

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中電機(jī)及其控制器是系統(tǒng)的重要組成部分，能量的儲(chǔ)存和釋放都要飛輪電機(jī)在控制器的控制下實(shí)現(xiàn)，飛輪電機(jī)及其控制器對(duì)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能具有直接影響。目前所采用的感應(yīng)電機(jī)、永磁無(wú)刷直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)都各有優(yōu)缺點(diǎn)。永磁同步電機(jī)和永磁無(wú)刷直流電機(jī)效率高、控制方便，但制造成本較高，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不如感應(yīng)電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)堅(jiān)固耐用，感應(yīng)電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)都具有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用的優(yōu)點(diǎn)，但感應(yīng)電機(jī)效率較低，通常用于低速飛輪，開關(guān)磁阻電機(jī)目前的應(yīng)用還不是很多，還需要進(jìn)一步研究。因此，需要結(jié)合飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)要求的高轉(zhuǎn)速、高效率、高功率密度等特點(diǎn)，研究和改進(jìn)相應(yīng)的飛輪電機(jī)及其控制器性能，為大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

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