正版 新型机械弹性储能技术 余洋[等]著 化学工业出版社 97871223

第 1 章 储能技术及发展现状 1
1.1 新形势下储能技术的研发背景及意义1
1.1.1 研发背景1
1.1.2 研发意义2
1.2 储能技术研究现状3
1.2.1 物理储能4
1.2.2 电化学储能6
1.2.3 电磁储能7
1.2.4 相变储能8
1.2.5 对现有储能技术的评价8
1.3 机械弹性储能技术概述9
1.3.1 机械弹性储能技术的提出9
1.3.2 机械弹性储能技术优势分析10
1.3.3 机械弹性储能系统的技术实现形式11
参考文献12

第 2 章 机械弹性储能关键技术、可行性及储能指标 14
2.1 引言14
2.2 机械弹性储能关键技术分析14
2.3 机械弹性储能技术的可行性15
2.4 机械弹性储能技术的主要特性指标17
2.4.1 储能技术的主要特性指标17
2.4.2 机械弹性储能技术特性指标19
2.4.3 不同涡簧材料的储能特性指标分析与比较24
2.4.4 机械弹性储能与其他储能技术的特性比较28
参考文献33

第 3 章 机械弹性储能用涡簧非线性力学特性 34
3.1 引言34
3.2 关于涡簧的基本假设34
3.3 非接触型涡簧的力学分析35
3.4 接触型涡簧力学模型的建立及分析37
3.4.1 储能前涡簧的两种状态38
3.4.2 储能前涡簧力学特性的计算41
3.4.3 初始状态涡簧弯矩计算结果52
3.5 储能过程涡簧力学模型建立及分析54
3.5.1 涡簧 3 种形态的划分54
3.5.2 涡簧储能过程的非线性分析56
3.5.3 涡簧 3 种形态及弯矩的计算57
3.5.4 形态迭代法的建立62
3.5.5 涡簧形状、弯矩变化计算结果63
3.6 储能过程涡簧转动惯量计算65
3.6.1 涡簧转动惯量计算方法分析65
3.6.2 涡簧转动惯量的计算66
3.6.3 转动惯量计算结果70
参考文献71

第 4 章 机械弹性储能用涡簧储能过程的有限元数值分析 72
4.1 引言72
4.2 储能过程涡簧的应力分析72
4.2.1 涡簧极坐标方程的建立73
4.2.2 涡簧应力的计算及分析77
4.2.3 有限元建模及分析78
4.3 储能过程涡簧的稳定性分析81
4.3.1 钢梁的稳定性81
4.3.2 有限元建模及分析83
4.3.3 结果分析85
4.4 涡簧模态分析87
4.4.1 模态分析方法87
4.4.2 单体涡簧模态分析87
4.4.3 涡簧箱模态分析89
4.5 涡簧连接结构力学分析93
4.5.1 涡簧内端连接强度分析93
4.5.2 涡簧外端连接强度分析98
参考文献103

第 5 章 机械弹性储能用涡簧储能密度的计算及设计优化 104
5.1 引言104
5.2 涡簧储能密度概述104
5.3 涡簧储能密度的分析计算及优化105
5.3.1 涡簧储能量的分析计算105
5.3.2 涡簧储能密度影响因素的分析107
5.3.3 提高涡簧储能密度的方法110
5.3.4 涡簧储能密度的优化111
5.3.5 优化结果分析113
5.3.6 有限元建模分析115
5.3.7 储能密度结构优化的实现118
5.4 基于微分进化的涡簧结构优化设计119
5.4.1 优化问题的描述119
5.4.2 3 种目标函数下涡簧的优化设计结果121
5.4.3 3 种目标函数下优化设计后涡簧储能特性的比较123
5.4.4 3 种目标函数下取不同弹簧厚度范围时涡簧的优化设计125
参考文献130

第 6 章 机械弹性储能用联动式储能箱结构设计及其模块化安装调试技术 131
6.1 引言131
6.2 现有提高涡簧储能量的结构设计分析131
6.3 联动式储能箱结构设计及工作原理分析132
6.3.1 联动式储能箱的结构设计132
6.3.2 联动式储能箱的工作原理133
6.3.3 联动式储能箱用支撑装置134
6.3.4 联动式储能箱的优点分析136
6.4 涡簧标准化模块封装技术137
6.5 涡簧模块推拉式装配技术138
6.6 联动储能箱组安装调试技术139
参考文献141

第 7 章 永磁电机式机械弹性储能系统的数学模型 142
7.1 引言142
7.2 永磁同步电机的数学模型142
7.2.1 永磁同步电机结构142
7.2.2 建模假设143
7.2.3 静止 ABC 坐标系下的数学模型143
7.2.4 静止 αβ 坐标系下的数学模型145
7.2.5 旋转 dq0 坐标系下的数学模型146
7.3 双 PWM 变频器模型147
7.3.1 双 PWM 变频器结构及工作原理147
7.3.2 SVPWM 控制技术148
参考文献153

第 8 章 永磁电机式机械弹性储能系统储能运行控制技术 154
8.1 引言154
8.2 控制问题的形成154
8.2.1 永磁同步电动机控制技术分析154
8.2.2 机械弹性储能用永磁同步电动机控制问题提出155
8.3 负载惯量、扭矩同时变化情形下永磁同步电动机低速运行控制156
8.3.1 储能箱转动惯量及转矩同时辨识156
8.3.2 非线性反推控制器设计157
8.3.3 稳定性证明及分析161
8.3.4 控制参数优化162
8.3.5 仿真实验与分析164
8.4 负载惯量、扭矩同时变化情形下系统反推 DTC 控制167
8.4.1 反推控制器设计167
8.4.2 控制参数优化170
8.4.3 仿真实验与分析171
参考文献174

第 9 章 永磁电机式机械弹性储能系统发电运行控制技术 176
9.1 引言176
9.2 控制问题的形成176
9.2.1 永磁同步发电机控制技术分析176
9.2.2 机械弹性储能用永磁同步发电机控制问题提出177
9.3 动力源惯量、输出扭矩同时变化时永磁同步发电机运行控制178
9.3.1 动力源转动惯量和转矩同时变化的数学描述178
9.3.2 电机内部结构参数不确定的数学表达179
9.3.3 高增益干扰观测器设计180
9.3.4 L2 鲁棒反推控制器设计181
9.3.5 稳定性分析与证明183
9.3.6 仿真实验与分析185
9.4 动力源惯量、输出扭矩同时变化时系统自适应调速及并网控制186
9.4.1 自适应调速控制算法186
9.4.2 并网控制算法190
9.4.3 仿真实验与分析192
参考文献195

第 10 章 永磁电机式机械弹性储能系统振动抑制及振动与效率同时优化控制 196
10.1 引言196
10.2 外研究现状196
10.2.1 柔性负载振动抑制研究现状196
10.2.2 PMSM 驱动系统效率优化控制方法现状197
10.3 系统运行振动抑制198
10.3.1 基于反推原理的机组储能运行振动抑制控制器设计198
10.3.2 基于 小二乘法的涡簧振动模态估计205
10.3.3 反推控制器稳定性证明206
10.3.4 实验验证及分析206
10.4 系统运行振动与效率同时优化控制211
10.4.1 基于损耗模型的机组统一控制反推控制器设计211
10.4.2 基于自适应神经模糊推理的铁耗电阻辨识216
10.4.3 控制器稳定性证明219
10.4.4 实验验证及分析219
参考文献224

第 11 章 永磁电机式机械弹性储能系统新型闭环 I/f控制及振动与转矩脉动同时优化控制 225
11.1 引言225
11.2 外研究现状226
11.3 系统新型闭环 I/f控制228
11.3.1 I/f控制的可行性分析228
11.3.2 对传统 I/f控制的改进策略230
11.3.3 仿真实验分析233
11.4 系统运行振动与转矩脉动同时优化控制237
11.4.1 机械弹性储能机组控制性能提升的必要性分析237
11.4.2 考虑转矩脉动的 PMSM 电磁转矩模型238
11.4.3 考虑涡簧振动及电机转矩脉动的闭环 I/f 控制策略优化240
11.4.4 仿真及实验验证243
参考文献248

第 12 章 永磁电机式机械弹性储能系统逻辑保护与监控系统设计 251
12.1 引言251
12.2 逻辑保护和监控系统功能要求和设计原则252
12.2.1 逻辑保护系统功能要求和设计原则252
12.2.2 监测控制系统功能要求和设计原则253
12.3 机械弹性储能机组逻辑保护系统设计254
12.3.1 部件使能逻辑保护254
12.3.2 运行动作逻辑保护255
12.3.3 运行状态显示保护256
12.4 机械弹性储能机组监测控制系统设计258
12.4.1 监控系统控制面版259
12.4.2 监控系统运行程序262
12.4.3 监控系统故障保护276
参考文献277

第 13 章 10kW 永磁电机式机械弹性储能系统技术集成及运行实验 278
13.1 引言278
13.2 10kW 机械弹性储能实验性样机技术集成278
13.2.1 实验性样机总体技术方案278
13.2.2 实验性样机储能箱组参数计算279
13.2.3 实验性样机机械传动及电气控制装置配套设计281
13.3 10kW 机械弹性储能实验性样机运行实验及结果分析286
13.3.1 实验性样机转速恒定运行实验286
13.3.2 实验性样机功率恒定运行实验291
参考文献297

第 14 章 机械弹性储能技术应用探析 298
14.1 引言298
14.2 机械弹性储能技术应用于城铁再生制动能量回收298
14.2.1 城铁再生制动能量回收常见方案298
14.2.2 配备储能设备的功率和能量计算299
14.3 机械弹性储能技术应用于岸桥集装箱起重机节能降耗300
14.3.1 岸桥起升和下放过程中能量回收常见方案300
14.3.2 配备储能设备的能量和功率计算300
14.4 风力发电机组涡簧储能调速装置301
14.5 汽车用机械弹性储能驱动技术303
14.6 波浪能回收与利用装置305
14.7 微电网冲击负荷功率波动平抑307
参考文献308

余洋，男，2005年华北电力大学（保定）电气工程及其自动化专业本科毕业，2008年西安交通大学电力系统及其自动化专业硕士毕业，2016年华北电力大学电力系统及其自动化专业博士毕业。2019—年至2020年美国Lehigh University公派访问学者。现为华北电力大学（保定）电力工程系副教授，硕士研究生导师，电自教研室副主任，九三学社华北电力大学支社副主委。IEEE抽水蓄能中国区储能技术委员会储能并网与运行技术分委会理事、储能市场与规划技术分委会理事，IEEE Member，中国电机工程学会会员，新能源电力系统 重点实验室研究成员，河北省分布式储能与微网重点实验室研究成员。长期从事电力储能技术、需求侧资源聚合建模与调度控制等领域的研究工作。在《IEEE Trans. Power Electronics》、《中国电机工程学报》、《储能科学与技术》等 外重要期刊上发表论文30多篇，以主要发明人申请授权发明专利20余项。承担 自然科学基金青年基金、中央高校基本科研业务费基金、 电网公司、南方电网公司、科研机构等纵横向项目10多项；参与 重点研发计划项目、 高校博士学科点基金。曾获河北省科学技术进步奖二等奖1项，入选河北省“三三三人才工程”人选。目前正主持 自然科学基金面上项目、河北省自然科学基金面上项目、新能源电力系统 重点实验室自主课题、 电网、南方电网等多个项目。

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适读人群 ：可供能源、电力、机械等专业师生参考，也为传播机械弹性储能技术起到抛砖引玉的作用。
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