国内外飞轮储能最新研究进展

弹基线圈磁性发射器 (CML) 系统的最大挑战是在 2 秒内将能量转移到线圈。为此需要应用超级电容器，此外飞轮储能系统（FESS）也是可选的选项。FESS 和超级电容器相比，因其高放电电流和高循环寿命而比化学电池更具优势。另一方面，FESS 比超级电容器具有更高的能量密度 。然而，线圈发射器的应用场景使其飞轮储能系统必须具有短时大功率放电能力，这对FESS的电机提出了挑战。

本文的研究人员为 FESS 设计一种新的电动-发电机组，以解决传统的线圈绕组结构在大电流下绝缘性能下降，绕组损坏的问题。采用轴向磁通电机（AFPM），提出了一种8匝8* 0.5 mm的线圈绕组结构，并将电机绕组分为两段，采用串联和并联两种方法进行了比较。实验数据证明，所提出的多线绕组结构是线圈发射器的创新解决方案，超越了文献中发现的各种电动机-发电机绕组组合。此外，在设计中将拟议的绕组放置在单个槽中确保了紧凑的结构。

图1. 所研究的轴向磁通电机结构示意图

微电网系统集成了风电和光伏发电、柴油发电机、飞轮储能及负荷，整个系统通过源荷储之间的协调运行来合理利用能源，满足负荷需要。风电和光伏输出的功率与负荷需要的功率不可能完全匹配，因此需要通过飞轮储能来实现能量的时移和功率调控。在离网型风光储微电网系统研究中，整体系统的容量优化是一个重要的研究方向。合理分布配置风电、光伏、储能装置的容量，使系统在满足可靠性约束的前提下，降低综合成本成为容量优化配置的目标。

本文基于飞轮储能（安全、环保）进行微电网系统容量优化配置的研究，并以大兴安岭地区实际的风光数据作为分析的对象，首先构建了基于飞轮储能的离网型风光储微电网系统；其次建立风力发电机、光伏阵列、飞轮储能和柴油发电机相应的功率输出模型和微电网优化配置模型；最后基于 NSGA-Ⅱ改进算法和 CPLEX 编码器对微电网系统进行多目标双层协调优化，得到基于多目标优化的帕累托最优解，采用 TOPSIS 方法进行方案决策，最终确定符合微网系统的最优方案。以大兴安岭地区实际气象数据进行算例分析，得出微网系统中风机、光伏阵列、飞轮储能的最优方案配置，验证了模型和算法的合理性。（整理：徐帆，胡东旭 INESA）

图2. 微源容量配置方案