高速电机驱动与飞轮储能协同控制

📚 共计 30 章节

飞轮储能系统概述

基本原理、发展历程、应用场景（电网调频/UPS/轨道交通）及技术优势

高速电机基础

高速永磁同步电机(PMSM)结构、特点、dq轴方程及与普通电机区别

PMSM数学模型

电机驱动核心

电压源逆变器(VSI)拓扑、SVPWM调制、死区效应及补偿方法

飞轮转子动力学

应力分析、临界转速、模态分析及动平衡技术

真空与磁悬浮技术

真空维持、主动磁悬浮轴承(AMB)原理、PID控制及跌落保护

电机控制策略(一)

矢量控制(FOC)原理、电流环/速度环PI参数整定

电机控制策略(二)

无速度传感器控制(滑模观测器/MRAS)及低速重载启动

无传感器MRAS

充放电控制

恒功率充放电、母线电压波动抑制及能量回馈制动

充放电回馈

系统建模与仿真

MATLAB/Simulink中飞轮储能系统建模(电机+逆变器+转子+控制器)

功率变换器设计

双向DC/DC变换器(Buck/Boost)拓扑、参数设计及软开关技术

热管理设计

高速电机损耗分析(铜耗/铁耗/风摩耗)、水冷/油冷散热结构

热管理散热

飞轮储能阵列

多台飞轮并联均流控制、环流抑制及冗余容错策略

电网接入技术

并网逆变器控制(PQ/VF)、孤岛检测及低电压穿越(LVRT)

安全保护机制

超速保护、过流保护、轴承故障诊断、紧急卸能回路

保护故障诊断

实验平台搭建

硬件在环(HIL)测试、传感器选型、数据采集系统

飞轮储能与可再生能源

光伏/风电平滑出力、一次调频、虚拟同步机(VSG)

可再生能源VSG

高速电机驱动中的EMC问题

共模干扰抑制、屏蔽与接地、滤波器设计

飞轮转子材料

复合材料(碳纤维/玻璃纤维)缠绕、金属轮毂与轮缘连接

复合材料缠绕

储能容量配置

基于场景的容量计算、功率/能量比优化及经济性评估

容量配置经济性

数字孪生技术

飞轮储能数字孪生建模、状态监测与寿命预测

数字孪生寿命

多物理场耦合分析

电磁-热-结构-流体耦合仿真 (Ansys Workbench)

多物理场Ansys

飞轮储能标准与认证

IEEE 1561、IEC 62970解读、型式试验项目

高速电机驱动中的轴承技术

陶瓷球轴承、油膜轴承、磁悬浮轴承对比及选型

能量管理策略

基于模型预测控制(MPC)的能量调度、SOC均衡

飞轮储能系统集成

集装箱式布局、辅助系统(真空泵/冷却机组)集成

集成集装箱

故障穿越与恢复

电网电压暂降/暂升响应策略、平滑切换

故障穿越切换

高速电机驱动中的SiC器件应用

SiC MOSFET特性、驱动电路设计、高频化优势

飞轮储能系统调试

上电流程、参数辨识、阶跃响应测试、效率标定

北京地铁、张北风光储基地等典型项目技术方案解析

前沿技术展望

超导磁悬浮飞轮、轴向磁通电机、AI在飞轮储能中的应用