新型机械弹性储能技术
《新型机械弹性储能技术》是化学工业出版社出版图书。
《新型机械弹性储能技术》是化学工业出版社出版图书。
新型机械弹性储能技术
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出版社： 化学工业出版社
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ISBN：9787122397591
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版次：1
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商品编码：13529130
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品牌：化学工业出版社
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包装：平装
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开本：16开
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出版时间：2022-01-01
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用纸：胶版纸
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页数：308
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正文语种：中文
内容简介
本书是我国机械弹性储能科技领域的第一本著作，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。
目录
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 国内外研究现状 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 基于最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 国内外研究现状 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
新型机械弹性储能技术造价信息
新型机械弹性储能技术常见问题
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机械储能包括：储能、压缩空气储能、飞轮储能。1、储能储能是在电力负荷低谷期将水从下池水库抽到上池水库，将电能转化成重力势能储存起来，在电网负荷高峰期释放上池水库中的水发电。储能的释放时间可以从几个小时...
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电磁储能包括：超导储能、电容储能、超级电容器储能。1、超导储能超导储能系统(SMES)利用超导体制成的线圈储存磁场能量，功率输送时无需能源形式的转换，具有响应速度快(ms 级)，转换效率高(≥96%)...
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新型纺纱技术包括：涡流纺、紧密纺、赛络纺、塞络菲尔纺 、缆型纺等。 气流纺与环锭纺一个是新型纺织技术，一个是老式纺纱技术。气流纺是气流纺纱，而环锭纺则是机械纺，就是由锭子和...
新型机械弹性储能技术文献
新型机械设计方法研究
随着经济的发展、科学的进步,机械设备也在不断丰富和发展,把人类从繁重或危险的劳作中解放出来。正因为机械在经济社会中有着重要地位,如何根据经济和生产力的发展改进机械和创新机械设计方法成为了人们需要着重解决的问题。文章对新型机械设计方法进行了探究。
目前最成熟的大规模储能方式是抽水蓄能，它需要配建上、下游两个水库。在负荷低谷时段抽水蓄能设备处于电动机工作状态，将下游水库的水抽到上游水库保存，在负荷高峰时设备处于发电机工作状态，利用储存在上游水库中的水发电。其能量转换效率在70%到75%左右。但由于受建站选址要求高、建设周期长和动态调节响应速度慢等因素的影响，抽水储能技术的大规模推广应用受到一定程度的限制。目前全球抽水储能电站总装机容量9000万千瓦，约占全球发电装机容量的3%。
压缩空气储能是另一种能实现大规模工业应用的储能方式。利用这种储能方式，在电网负荷低谷期将富余电能用于驱动空气压缩机，将空气高压密封在山洞、报废矿井和过期油气井中;在电网负荷高峰期释放压缩空气推动燃汽轮机发电。由于具有效率高、寿命长、响应速度快等特点，且能源转化效率较高(约为75%左右)，因而压缩空气储能是具有发展潜力的储能技术之一。
伴随我国新能源产业的迅速发展，储能技术及其产业的发展日渐成为各方关注的重点。目前储能在我国的发展刚刚起步，但随着我国新电改方案的实施，新能源发电、智能微电网、新能源汽车等行业的发展将不断提速，储能技术的应用将形成新的发展趋势。
解决能源存储需新方案当前，我国面临全球范围内气候变暖、能源短缺、传统电网智能化程度低、运行效率低等诸多亟待解决的问题，积极开发新能源和储能技术，减少人类对化石能源的依赖，已成为业界和科技界研究的热门课题。
风力发电储能效率需提高随着能源存储系统的帮助，过多的可再生能源可以在电力需求低时保留下来，并用于用电需求高的时候。据估计，可再生能源的利用率可以从30%提高到60%，预计将减少一半的电力生产成本。同时，从能源存储装置中产生的再生电力是非常稳定、连续的，所以不需要更多的煤炭来维持电网的稳定性。
质子交换膜燃料电池电源系统的优点作为地球上最轻的元素，氢具有最高的能源密度，可以通过电将水分解产生。如果水电解槽与风力发电或太阳能电池板集成，氢气作为能量储存的媒介可由多余的风力、太阳能发电产生，即通过制氢设备将水电解形成氢气，并与质子交换膜(PEM)燃料电池集成发电。
质子交换膜燃料电池技术提高经济效益在风力或太阳能混合发电、制氢系统方案得到应用后，现存问题都可以有效地解决，但这种方法的问题是，传统的发电机电解制氢过程中需要稳定的电流和电压。
储能技术解决可再生能源和电动汽车发展难题可再生能源发展在低碳转型的过程中给人类提供了清洁可持续的能源来源，电动汽车的崛起则为石油大规模替代提供了可能。但是，可再生能源具有间断性的特点，电网无法大规模消纳并网。电动汽车也面临充电设施和电池安全的瓶颈。储能技术是解决这些问题的关键。
储能技术对电网的好处有三点：一是帮助增加可再生能源的渗透率，促进分布式(微电网)发电的发展；二是提升电网的稳定性和实现充分的调峰，减少高峰负荷及对应的电网投资和电源投资；三是通过电价设计，促进电力市场自由化。电池储能是分布式电网(微电网)发展的瓶颈。
储能技术对电动汽车发展的重要性比较直观。电动汽车的充电、巡航里程和安全问题都涉及电池。比如说，由于电池引发的安全事故减弱了消费者的信心，影响了电动汽车的发展。对于中国来说，电动汽车的发展除了石油替代，还可以解决城市汽车尾气和噪声污染。
电力储能技术，储存电能的技术。在电力系统中,电能的生产和使用同时进行,且在数量上平衡。但用电量总在波动,同时还需考虑发电设备故障的可能性。因此系统中投入运行的发电设备容量往往高于用电量,从而可将多余的电能储存起来,以备用电量上升时调剂使用。储能方式有抽水蓄能、电池蓄能、超导体蓄能、机械飞轮蓄能、压缩空气蓄能等。其中抽水蓄能最普遍。
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