新型机械弹性储能技术

图书标准信息

• 作者 米增强 著；余洋；汤敬秋；段巍
• 出版社 化学工业出版社
• 出版时间 2022-01
• 版次 1
• ISBN 9787122397591
• 定价 128.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 308页
• 字数 344千字

【内容简介】

本书是我国机械弹性储能科技领域的本著作，系统地阐述了华北电力大学机械弹性储能团队十几年来所取得的研究成果，并通过探讨国内外相关技术研究现状，系统地分析、总结新型机械弹性储能技术的基础理论、实现方案及其技术应用。从翔实的理论分析入手，到10kW永磁电机式机械弹性储能系统样机的具体设计和运行，再到机械弹性储能系统各类场景的应用设计展望，方便大家深入浅出地理解新型机械弹性储能技术。本书将系统性、前沿性、理论性与工程实践紧密结合，融合了电机、材料及机械专业相关知识，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。

【作者简介】

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，新能源电力系统国家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》等国内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。承担国家自然科学基金青年基金、中央高校基本科研业务费基金、国家电网公司、南方电网公司、科研机构等纵横向项目10多项；参与国家重点研发计划项目、教育部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。目前正主持国家自然科学基金面上项目、河北省自然科学基金面上项目、新能源电力系统国家重点实验室自主课题、国家电网、南方电网等多个项目。

【目录】

第 1 章　储能技术及发展现状　 11.1　新形势下储能技术的研发背景及意义11.1.1　研发背景11.1.2　研发意义21.2　储能技术研究现状31.2.1　物理储能41.2.2　电化学储能61.2.3　电磁储能71.2.4　相变储能81.2.5　对现有储能技术的评价81.3　机械弹性储能技术概述91.3.1　机械弹性储能技术的提出91.3.2　机械弹性储能技术优势分析101.3.3　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　 142.1　引言142.2　机械弹性储能关键技术分析142.3　机械弹性储能技术的可行性152.4　机械弹性储能技术的主要特性指标172.4.1　储能技术的主要特性指标172.4.2　机械弹性储能技术特性指标192.4.3　不同涡簧材料的储能特性指标分析与比较242.4.4　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　 343.1　引言343.2　关于涡簧的基本假设343.3　非接触型涡簧的力学分析353.4　接触型涡簧力学模型的建立及分析373.4.1　储能前涡簧的两种状态383.4.2　储能前涡簧力学特性的计算413.4.3　初始状态涡簧弯矩计算结果523.5　储能过程涡簧力学模型建立及分析543.5.1　涡簧 3 种形态的划分543.5.2　涡簧储能过程的非线性分析563.5.3　涡簧 3 种形态及弯矩的计算573.5.4　形态迭代法的建立623.5.5　涡簧形状、弯矩变化计算结果633.6　储能过程涡簧转动惯量计算653.6.1　涡簧转动惯量计算方法分析653.6.2　涡簧转动惯量的计算663.6.3　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　 724.1　引言724.2　储能过程涡簧的应力分析724.2.1　涡簧极坐标方程的建立734.2.2　涡簧应力的计算及分析774.2.3　有限元建模及分析784.3　储能过程涡簧的稳定性分析814.3.1　钢梁的稳定性814.3.2　有限元建模及分析834.3.3　结果分析854.4　涡簧模态分析874.4.1　模态分析方法874.4.2　单体涡簧模态分析874.4.3　涡簧箱模态分析894.5　涡簧连接结构力学分析934.5.1　涡簧内端连接强度分析934.5.2　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　 1045.1　引言1045.2　涡簧储能密度概述1045.3　涡簧储能密度的分析计算及优化1055.3.1　涡簧储能量的分析计算1055.3.2　涡簧储能密度影响因素的分析1075.3.3　提高涡簧储能密度的方法1105.3.4　涡簧储能密度的优化1115.3.5　优化结果分析1135.3.6　有限元建模分析1155.3.7　储能密度结构优化的实现1185.4　基于微分进化的涡簧结构优化设计1195.4.1　优化问题的描述1195.4.2　3 种目标函数下涡簧的优化设计结果1215.4.3　3 种目标函数下优化设计后涡簧储能特性的比较1235.4.4　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　 1316.1　引言1316.2　现有提高涡簧储能量的结构设计分析1316.3　联动式储能箱结构设计及工作原理分析1326.3.1　联动式储能箱的结构设计1326.3.2　联动式储能箱的工作原理1336.3.3　联动式储能箱用支撑装置1346.3.4　联动式储能箱的优点分析1366.4　涡簧标准化模块封装技术1376.5　涡簧模块推拉式装配技术1386.6　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　 1427.1　引言1427.2　永磁同步电机的数学模型1427.2.1　永磁同步电机结构1427.2.2　建模假设1437.2.3　静止 ABC 坐标系下的数学模型1437.2.4　静止 αβ 坐标系下的数学模型1457.2.5　旋转 dq0 坐标系下的数学模型1467.3　双 PWM 变频器模型1477.3.1　双 PWM 变频器结构及工作原理1477.3.2　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　 1548.1　引言1548.2　控制问题的形成1548.2.1　永磁同步电动机控制技术分析1548.2.2　机械弹性储能用永磁同步电动机控制问题提出1558.3　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1568.3.1　储能箱转动惯量及转矩同时辨识1568.3.2　非线性反推控制器设计1578.3.3　稳定性证明及分析1618.3.4　控制参数优化1628.3.5　仿真实验与分析1648.4　负载惯量、扭矩同时变化情形下系统反推 DTC 控制1678.4.1　反推控制器设计1678.4.2　控制参数优化1708.4.3　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　 1769.1　引言1769.2　控制问题的形成1769.2.1　永磁同步发电机控制技术分析1769.2.2　机械弹性储能用永磁同步发电机控制问题提出1779.3　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1789.3.1　动力源转动惯量和转矩同时变化的数学描述1789.3.2　电机内部结构参数不确定的数学表达1799.3.3　高增益干扰观测器设计1809.3.4　L2 鲁棒反推控制器设计1819.3.5　稳定性分析与证明1839.3.6　仿真实验与分析1859.4　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1869.4.1　自适应调速控制算法1869.4.2　并网控制算法1909.4.3　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　 19610.1　引言19610.2　国内外研究现状19610.2.1　柔性负载振动抑制研究现状19610.2.2　PMSM 驱动系统效率优化控制方法现状19710.3　系统运行振动抑制19810.3.1　基于反推原理的机组储能运行振动抑制控制器设计19810.3.2　基于小二乘法的涡簧振动模态估计20510.3.3　反推控制器稳定性证明20610.3.4　实验验证及分析20610.4　系统运行振动与效率同时优化控制21110.4.1　基于损耗模型的机组统一控制反推控制器设计21110.4.2　基于自适应神经模糊推理的铁耗电阻辨识21610.4.3　控制器稳定性证明21910.4.4　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　 22511.1　引言22511.2　国内外研究现状22611.3　系统新型闭环 I/f控制22811.3.1　I/f控制的可行性分析22811.3.2　对传统 I/f控制的改进策略23011.3.3　仿真实验分析23311.4　系统运行振动与转矩脉动同时优化控制23711.4.1　机械弹性储能机组控制性能提升的必要性分析23711.4.2　考虑转矩脉动的 PMSM 电磁转矩模型23811.4.3　考虑涡簧振动及电机转矩脉动的闭环 I/f 控制策略优化24011.4.4　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　 25112.1　引言25112.2　逻辑保护和监控系统功能要求和设计原则25212.2.1　逻辑保护系统功能要求和设计原则25212.2.2　监测控制系统功能要求和设计原则25312.3　机械弹性储能机组逻辑保护系统设计25412.3.1　部件使能逻辑保护25412.3.2　运行动作逻辑保护25512.3.3　运行状态显示保护25612.4　机械弹性储能机组监测控制系统设计25812.4.1　监控系统控制面版25912.4.2　监控系统运行程序26212.4.3　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　 27813.1　引言27813.2　10kW 机械弹性储能实验性样机技术集成27813.2.1　实验性样机总体技术方案27813.2.2　实验性样机储能箱组参数计算27913.2.3　实验性样机机械传动及电气控制装置配套设计28113.3　10kW 机械弹性储能实验性样机运行实验及结果分析28613.3.1　实验性样机转速恒定运行实验28613.3.2　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　 29814.1　引言29814.2　机械弹性储能技术应用于城铁再生制动能量回收29814.2.1　城铁再生制动能量回收常见方案29814.2.2　配备储能设备的功率和能量计算29914.3　机械弹性储能技术应用于岸桥集装箱起重机节能降耗30014.3.1　岸桥起升和下放过程中能量回收常见方案30014.3.2　配备储能设备的能量和功率计算30014.4　风力发电机组涡簧储能调速装置30114.5　汽车用机械弹性储能驱动技术30314.6　波浪能回收与利用装置30514.7　微电网冲击负荷功率波动平抑307参考文献308