1）磁悬浮飞轮储能技术原理
飞轮储能是一种利用高速旋转的飞轮存储能量的技术，主要由高速飞轮和同轴的电动/发电机、磁悬浮轴承及双向功率变换器构成。飞轮储能的工作原理：当充电时，采用电动机工作模式，利用电动机驱动飞轮高速旋转，将电能转变为机械能储存，完成充电过程，如图1所示；当放电时，采用发电机工作模式，利用飞轮高速旋转的惯性带动转子旋转，通过发电机将飞轮存储的动能转换成电能输出，如图2所示；飞轮储能通过转子的加速和减速，实现电能的存入和释放。 图1飞轮储能设备充电原理图
附图13飞轮储能设备放电原理图
2）磁悬浮飞轮储能设备组成
磁悬浮飞轮储能设备采用标准机柜式成套设计，柜内包含飞轮储能模块、磁悬浮控制单元、飞轮控制单元、电力电子变流器、真空泵等核心部件。系统采用大屏幕触摸屏图像用户界面，操作使用方便，如下图所示：
附图14磁悬浮飞轮储能设备主要组成部分
DC/AC双向变流器（IGBT）
磁悬浮飞轮储能设备的充电和放电是通过控制飞率转换模块中的半导体开关来实现的，由于飞轮在真空状态下工作，通过使用IGBT 高频开关，可以减少飞轮定子绕组中存在
的电流谐波。通过使用脉宽调制技术（PWM），IGBT 可实现快速开通和关断，产生近似正弦波的波形。平稳的波形对于减少谐波和控制电流纹波起到了至关重要的作用。
飞轮控制器模块
飞轮系统的核心，包含一个数字控制器，用于监视和控制VDC内的各个子系统。飞轮控制器的功能包括：飞轮的充电和放电、子系统组件的监测和控制以及处理系统告警、警报、故障和停机。
磁悬浮轴承控制器（MBC）
提供飞轮转子的磁悬浮控制，并包含数字控制器、传感器解调器和电流放大器。MBC通过五轴主动磁悬浮轴承系统来监视和控制飞轮转子的位置。转子位置信号反馈到MBC的控制模块，通过数字滤波器补偿程序为每路电流放大器输出控制信号，电流放大器向每个轴的传动器（控制器）提供驱动电流，从而将力施加在转子上，保持飞轮转子处于正常位置。
真空泵
过真空泵来维持飞轮运行期间所需的真空度，将高速转子的风阻损耗降至最低，从而提高了飞轮整体的能量效率。
飞轮模块系统
核心组件，以旋转质量的方式存储动能，专为大功率、短时放电应用而设计。飞轮的关键部件包括外壳、电动机/发电机、飞轮转子和磁悬浮轴承。
图像用户界面
我爱读书网提供系统状态监测、系统功能设定等功能。在界面上可直观的观测到飞轮的工作状态、剩余能量指标、充放电次数等工作参数。
3磁悬浮飞轮储能设备核心技术
五轴主动磁悬浮轴承及控制技术
飞轮转子和轴承之间无接触，轴承无磨损，适合高速运行，采用永磁偏置轴承，可用永磁场承载飞轮重力，能耗小。
合金钢飞轮材料及工艺技术
采用航天级合金钢飞轮材料，具有密度大、强度高、抗疲劳特性强等特点，能够同时提高飞轮的质量和转速，综合性能好，每台飞轮均经过超声无损探伤，严格保证材料的一致性，使用寿命长达20年。
无刷式永磁同步电机技术
采用无刷设计，转子采用稀土永磁材料，不易退磁，转子涡流损耗小，转子表面发热少，热稳定性好，体积小，功率密度大，效率高，噪音低。
双向功率变换及变频驱动技术
采用高性能IGBT，可实时控制交流侧和直流侧的双向功率变换，自适应调整交流电的频率，实现对交流电机的变频驱动。
真空腔体及散热技术
采用全封闭合金外壳，具备密封、散热、电磁屏蔽及防护的作用，采用真空泵抽真空，实时检测并维持腔体内的真空度，采用独特的散热结构及风冷散热技术，维持系统的热稳定性。
安全保护技术
a.自供电技术：自供电技术：为了保证磁悬浮轴承的正常工作，磁悬浮控制器需要不间断供电，采用两路电源供电设计：一路为外部辅助电源，一路为内部自供电电源，飞轮在高速旋转下，能够通过永磁同步电机给磁悬浮控制器自供电，大大提高了飞轮控制系统供电的可靠性。
b.备用机械轴承保护技术：在磁轴承失效及剧烈震动时，通过备用机械轴承保护，安全地停机。
全方位的状态监测和保护技术：实时自检、状态透明，实时监测电气量、转速、位置、真空度、温度、各部件运行状态，有异常情况自动告警并保护停机。
4）磁悬浮飞轮储能设备参数
光谱表征附表2 飞轮储能设备技术参数
技术参数
项目
REGEN型技术参数VDC XXT型额定功率200kW 450kW
最大可用能量3MJ 6MJ 直流电压750Vdc/1500Vdc 400Vdc﹣600Vdc
额定电流133.A@1500Vdc 400Vdc﹣520Vdc
交流工作电压220Vac/380V ac 220Vac/380Vac 运行温度﹣10℃～50℃﹣10℃～50℃
湿度≤90%≤90%
宽度973mm 762mm
深度965mm 762mm
高度2200mm 1872mm
重量1200kg 820kg
民用应用领域电力调频、轨道交通、微电网等关键电力保障、医院、半导体工厂等
注：产品可以进行并联，不受功率和能量限制，可以根据用户特殊情况按需定制。
5）各种储能优缺点对比
储能按能量在存储过程中转化形势的不同进行划分，主要有物理储能（包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能）、电化学储能、电磁储能以及相变储能。按储能技术的特点及适用应用场景，主要分为能量型及功率型。
抽水蓄能
主要是利用两个具有不同重力势能的水库，通过电能与重力势能的相互转换实现能量的存储及释放。抽水储能在所有储能方式中是一种大容量、长时间、技术成熟的储能方式；抽水储能受限于地理条件，建设投资大、时间长等因素，主要应用于大规模电力调峰，属能量型储能技术。
压缩空气储能
在负荷低谷期利用多余的电量对空气进行压缩并存入密封的储气设备中；在负荷较大时，将压缩空气与天然气混合推动燃气轮机进行发电。压缩空气储能具有存储容量大，能量在存储过程中稳定性高，使用寿命长等优点；但是压缩空气储能建设周期比较长，转化效率不高，主要应用于电力调峰等，属能量型储能技术。
电化学储能
是一种电能和各类化学能之间相互转化的储能方式，主要包括锂电池、铅酸电池、铅碳电池等。其中锂电池是一种功率及能量密度较高，技术较为成熟的电池储能，主要是依靠锂离子化合价变动来进行电能存储及释放。锂电池在电力系统的应用范围较广，但也存在使用寿命短、充放电倍率低，存在安全隐患、回收难等问题，属能量～功率结合型储能技术。
超级电容储能
是依托电容器将电能储存在以活性炭为电极的电容板上。超级电容器具有充放电速度快，能量转换效率高，功率密度高等优点；但是超级电容器单体储能量低、大规模并联系统可靠性低，电解液具有毒性，属功率型储能技术，可用于电力调频领域，但使用寿命短（循环充点电次数约为50～100万次），如果用于电力一次调频领域，每2～3年需要整理更换，并且在使用过程中存在因电极等老化引起不可逆的性能衰减问题，难以预测其能量状态。
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飞轮储能
是一种机电能量转换和储存装置，主要由转动惯量大、转速高的惯性轮，根据电网实际需求对电能进行吸收与放出。飞轮储能技术原理是：存储能量时，飞轮高速电机作电动机运
行，从系统吸收能量，通过飞轮转子加速，将电能转化为动能；释放能量时，电机作发电机运行，向系统释放能量，通过飞轮转子减速，将动能转化为电能。
各类型储能电源由于运行机理、电压和电流输出特性等不同，使其在能量转换效率、自放电率、放电时间、循环寿命、功率密度、能量密度、环境影响程度等技术指标上均存在差异，应用场景也有所不同。主要储能类型的对比如下：
附表3 主要储能类型的对比
储能方式额定功率响应时间效率应用领域
抽水蓄能100~5000MW 分钟级别70~80% 调峰、系统备用
压缩空气储能5~300MW 分钟级别40~50% 调峰、系统备用飞轮储能100kw~10MW 毫秒级别80~90% 调频、平滑输出锂离子电池1kw~10MW 毫秒级别80~90% 平滑输出、调频、调峰超级电容1kw~1MW 毫秒级别80~90% 电能质量调节、调频飞轮储能优点：
高安全性：纯物理储能过程，无化学反应，全方位参数监测，状态透明，安全可控；中华人民共和国营业税暂行条例实施细则
绿环保：全生命周期绿无污染，飞轮采用合金钢材料，退役后可全部回收利用，处理成本低；
长寿命：基于主动磁悬浮轴承，无机械摩擦，核心部件长达20 年使用寿命；vishnu
高功率：单台飞轮储能设备的放电功率密度高；可根据应用需要组成飞轮储能阵列系统，实现数兆瓦级的功率需求；
快充放：基于IGBT 电力电子技术，实现毫秒级快速充放电响应，能量双向流动，能量转换效率高；
宽温域：运行温度范围宽（-10~50℃），无需精密温控环境，环境适应性强；
易部署：同功率情况下，外形尺寸远小于其他储能方式，设备采用模块化、标准化设计，运输和施工方便，容易选址，建设周期短；自由梦幻
安全保护技术：自供电技术，保证在异常断电时平稳停机；配备保护轴承，在遇到剧烈震动或磁轴承失效时避免与外壳接触；实时监测转速、位置、真空度、温度、震动和电气量等，异常情况自动保护停机。
飞轮储能缺点：
飞轮储能的功率密度高、能量密度低，与传统的储能技术相比，飞轮储能的放电时间较短，不适合应用于调峰等需要长时间充、放电的领域。
在不考虑生命周期，仅计算初始投资时，与传统储能方式相比，飞轮储能项目的初始
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