• 제목/요약/키워드: Flywheel Design

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신재생 에너지 적용을 위한 고효율 영구자석 동기 전동/발전기의 해석 및 설계 (Analysis and Design of high-efficiency Permanent Magnet Synchronous Motor/Generator for Renewable Energy Application)

  • 유대준;김일중
    • 전기학회논문지
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    • 제60권5호
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    • pp.955-964
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    • 2011
  • In renewable energy system such as flywheel energy storage system, wind power and solar power, the motor/generator is the important key for offering the electric energy to the electric loads. For example, the heavy and large flywheel is rotated by electromagnetic torque of pemanent magnet synchronous motor (PMSM) and, in case of a breakdown of electric current, the PMSM used as generator supplies electric energy for the various electric utilities using mechanical rotation energy of the flywheel. Thus, design of a motor/generator should be performed in effort to reduce cogging torque and electromagnetic loss for high efficiency. In our paper, a slotless permanent magnet synchronous motor/generator (SPMSM/G) with output power 15kW at the rotor speed 18000rpm is designed from electromagnetic analysis and dynamic performance analysis. In analytical approach, design parameters such as back electro-motive force (back EMF), inductance and electromagnetic torque are derived from analytical method which is one of the electromagnetic analysis method. And using the design parameters, this paper deal with system design considering the driving characteristics and electric load in required power. Finally, the analytical results are verified by the experiment and finite element method (FEM).

풍력-디젤-플라이휘일 하이브리드 발전시스템 모델링에 관한 연구 (Modeling of Hybrid Generation System with Wind Turbine, Diesel Generator and Flywheel Energy Storage System)

  • 김재언
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제14권6호
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    • pp.2979-2984
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    • 2013
  • 본 논문은 도서지역에서 운용되고 있는 풍력-디젤 하이브리드 발전시스템의 풍속변화 등으로 인한 주파수변동 문제를 해결할 수 있는 플라이휘일 저장장치의 모델링 및 제어기 설계 방법을 제안하였다. 플라이휘일 저장장치는 효율측면에서 유리한 영구자석 동기기형 플라이휘일로 선정하여 모델링하였고, 주파수보상 제어기는 AC/DC/AC 양방향컨버터로 구성하되 동기기측 컨버터는 연계계통의 주파수변동에 대하여 충방전운전을 하도록 하고, 계통측 컨버터는 직류버스전압 일정제어를 통하여 출력을 하도록 설계하였다. 제안된 모델링 및 제어기 설계방법을 풍력-디젤 하이브리드 독립운전계통에 적용한 결과 풍속변화에 따른 주파수변동을 적정범위내로 유지할 수 있었다.

A Novel Energy Storage System based on Flywheel for Improving Power System Stability

  • Wu, Jinbo;Wen, Jinyu;Sun, Haishun;Cheng, Shijie
    • Journal of Electrical Engineering and Technology
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    • 제6권4호
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    • pp.447-458
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    • 2011
  • In this paper, a novel flywheel energy storage device, called the flexible power conditioner, which integrates both the characteristics of the flywheel energy storage and the doubly-fed induction machine, is proposed to improve power system stability. A prototype is developed and its principle, composition, and design are described in detail. The control system is investigated and the operating characteristics are analyzed. The test results based on the prototype are presented and evaluated. The test results illustrate that the prototype meets the design requirement on power regulation and starting, and provides a cost-effective and effective means to improve power system stability.

Design of QFT controller of superconductor flywheel energy storage system for load frequency control

  • Lee, J.P.;Kim, H.G.
    • 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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    • 제15권1호
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    • pp.19-24
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    • 2013
  • In this paper, the Superconductor flywheel energy storage system (SFESS) was used for the load frequency control (LFC) of an interconnected 2 area power system. The robust SFESS controller using quantitative feedback theory (QFT) was designed to improve control performance in spite of parameter uncertainty and unexpected disturbances. An overlapping decomposition method was applied to simplify SFESS controller design for the interconnected 2 area power system. The model for simulation of the interconnected 2 area power system included the reheat steam turbine, governor, boiler dynamics and nonlinearity such as governor deadband and generation rate constraint (GRC). To verify robust performance of proposed SFESS controller, dynamic simulation was performed under various disturbances and parameters variation of power system. The results showed that the proposed SFESS controller was more robust than the conventional method.

5kWh급 플라이휠 에너지 저장장치용 초고속 전동발전기의 설계 및 특성해석 (Design and Analysis of High Speed Motor/Generator for 5kWh Flywheel Energy Storage System)

  • 장석명;조한욱;이성호;류동완
    • 대한전기학회:학술대회논문집
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    • 대한전기학회 2003년도 하계학술대회 논문집 B
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    • pp.1051-1053
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    • 2003
  • Flywheel Energy Storage System (FESS) consists of a high-speed flywheel with an integral motor/generator suspended on magnetic bearings and in an evacuated housing. Permanent magnet (PM) machines as the FESS motor/generator are a popular choice. since there are no excitation losses which mean substantial increase in the efficiency. In this paper, the basic design and the steady-state performances of a permanent magnet synchronous high speed motor/generator for FESS are presented.

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Analysis on Application of Flywheel Energy Storage System for offshore plants with Dynamic Positioning System

  • Jeong, Hyun-Woo;Kim, Yoon-Sik;Kim, Chul-Ho;Choi, Sung-Hwan;Yoon, Kyoung-Kuk
    • Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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    • 제36권7호
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    • pp.935-941
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    • 2012
  • This paper describes a study of conventional electrical rig and simulated application of Flywheel Energy Storage system on the power system of the offshore plants with dynamic positioning system with the following aims: improve fuel consumption on engines, prevent blackout and mitigate voltage sags due to pulsed load and fault. Fuel consumption has been analyzed for the generators of the typical drilling rigs compared with the power plant with Flywheel Storage Unit which has an important aid in avoiding power interruption during DP (Dynamic Positioning) operation. The FES (Fly wheel Energy storage System) releases energy very quickly and efficiently to ensure continuity of the power supply to essential consumers such as auxiliary machinery and thrusters upon main power failure. It will run until the standby diesel generator can start and supply the electric power to the facilities to keep the vessel in correct position under DP operation. The proposed backup method to utilize the quick and large energy storage Flywheel system can be optimized in any power system design on offshore plant.

35 kWh급 초전도 플라이휠 에너지 저장 시스템 설계 및 제작 (Design and Construction of 35 kWh Class Superconductor Flywheel Energy Storage System)

  • 정세용;한영희;박병준;한상철
    • Progress in Superconductivity
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    • 제14권1호
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    • pp.60-65
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    • 2012
  • A superconductor flywheel energy storage system (SFES) is an electro-mechanical battery which transforms electrical energy into mechanical energy for storage, and vice versa. A 35 kWh class SFES module was designed and constructed as part of a 100kWh/1MW class SFES composed of three 35 kWh class SFES modules. The 35 kWh class SFES is composed of a main frame, superconductor bearings, a composite flywheel, a motor/generator, electro-magnetic bearings, and a permanent magnet bearing. The high energy density composite flywheel is levitated by the permanent magnet bearing and superconductor bearings, while being spun by the motor/generator, and the electro-magnetic bearings are activated while passing through the critical speeds. Each of the main components was designed to provide maximum performance within a space-limited compact frame. The 35 kWh class SFES is designed to store 35 kWh, with a 350 kW charge/discharge capacity, in the 8,000 ~ 12,000 rpm operational speed range.

회전관성형 주행 메커니즘을 가진 내시경 로봇의 연구 (Research of Colonoscope Robot With Rotary Inertia Type Locomotion Mechanism)

  • 이재우
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제17권6호
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    • pp.521-526
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    • 2016
  • 본 논문에서는 환자의 대장 내에서 자율적으로 이동이 가능한 자율주행 형 대장 내시경의 주행 메커니즘으로서 회전관성을 이용하여 환자의 장내 주행이 가능한 새로운 주행메커니즘의 설계 방법에 대해 제안한다. 상업용 대장 내시경은 시술할 때 환자에게 장시간의 고통과 불쾌감을 제공하여 환자들이 시술을 꺼리게 되어 내시경 검사가 필요한 대장 암 등의 조기 진단에 차질을 빚고 있다. 이 문제를 해결하기 위하여 환자의 장관 내에서 자율적으로 이동함으로써 불쾌감이나 고통을 줄일 수 있는 로봇 형 차세대 내시경에 대한 연구가 진행되어 왔다. 회전관성을 이용하는 주행 메커니즘에서는 회전관성을 일으키기 위하여 flywheel을 모터로 구동하여 에너지를 저장한다. flywheel에 의한 에너지 저장과 방출에 의하여 장내에서 로봇이 주행할 때 일어나는 stick-slip 현상을 효율적으로 극복할 수 있다. 이를 위해 flywheel의 속도제어가 가능하고 고주파 노이즈에 강건한 제어기를 설계하고 구현하였다. 여기서 제시하는 회전관성을 이용한 주행 메커니즘은 다른 메커니즘에 비해 구조가 간단할 뿐 아니라 주행도 효율적임을 실험을 통하여 증명하였다.

디젤기관(機關) 플라이휠의 고무댐퍼 개발(開發) (Development of Rubber Damper of Flywheel for Diesel Engine)

  • 명병수;김성래
    • 농업과학연구
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    • 제20권1호
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    • pp.68-87
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    • 1993
  • 본(本) 실험(實驗)은 개발(開發)한 시스템과 분석(分析) 프로그램을 이용(利用)하여 플라이휠의 형태별(型態別)로 진동량변화(振動量變化)를 분석(分析)하였다. 플라이휠의 형태(型態)는 원래(元來)의 것과 중량(重量)을 8kgf감소(減少)시킨것, 그리고 중량(重量)을 감소(減少)시키고 립부(部)의 외부(外部)와 중간(中間)에 고무댐퍼를 부착(附着)시킨 것으로 각각(各各)의 진동량변화(振動量變化), PAV율(率), 최대진동량(最大振動量), FFT 등(等)을 분석(分析)하여 비교(比較)하였으며 그 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 최대진동량(最大振動量)은 플라이훨 중간(中間)에 고무댐퍼를 부간(附看)한 것이 원래(元來)의 플라이휠에 비(比)하여 X축(軸) 방향(方向)은 48.3%, Y축(軸) 방향(方向)은 35.5% 그리고 Z축(軸) 방향(方向)으로는 34.6% 감소(減少)된 것으로 나타났다. 2. 절대진동량(絶對振動量)의 평균(平均)은 모든 공시(供試)플라이휠에서 부하(負荷)의 증가(增加)에 따라 감소(減少)하는 경향(傾向)이었으며 플라이휠의 림 중간(中間)에 고무댐퍼를 부착(附着)하는 것이 원래(元來)의 플라이휠보다 X축(軸) 방향(方向)은 46.7%, Y축(軸) 방향(方向)은 11.5% 그리고 Z축(軸) 방향(方向)에서는 7.1%가 감소(減少)되어 X축(軸) 방향(方向)의 진동감소(振動減少)는 고무댐퍼의 효과(效果)가 매우 높은 것으로 나타났다. 3. 히스테리시스 손실(損失)은 고무댐퍼를 림 중간(中間)에 부착(附着)한 플라이휠의 X축(軸) 방향(方向)에서 크게 감소(減少)하는 경향(傾向)으로 나타났다. 4. 피크진동량(振動量)의 평균(平均)보다 큰 X, Y축(軸) 방향(方向)의 진동(振動)은 고무댐퍼를 림 중간(中間)에 부착(附着)한 플라이휠에서 감쇠효과(減衰效果)가 크게 나타났다. 5. Power spectrum 분석결과(分析結果)는 실수부(實數部), 허수부(虛數部) 모두에서 가우슨분포곡선(分布曲線)과 일치(一致)하지 않는 bi-mode형태(形態)인 것으로 나타났다. 진동(振動)의 주파수(周波數)는 원래(元來)의 플라이휠은 43.2Hz이고 그외의 경우에서는 49Hz로 약간(若干) 증가(增加)하였다.

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5kWh Flywheel 에너지저장장치 시스템의 동특성 향상 설계 (Design of 5kWh Flywheel Energy Storage System to Improve Dynamics)

  • 박철훈;최상규;함상용;이성휘;윤동원;한영희
    • 한국정밀공학회지
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    • 제25권10호
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    • pp.99-106
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    • 2008
  • 5kWh FESS(Flywheel Energy Storage System) using AMB(Active Magnetic Bearing) has been under development and 1st trial system has been finished and run the operating test. Unfortunately, the test result was not satisfactory because FESS could increase the rotational speed up to 9,000 rpm only although the target rotational speed is 18,000rpm. It's because 1st bending mode frequency of flywheel shaft was too low and imbalance response was too big. To achieve the target speed, 1st bending mode and imbalance response must be improved and the whole FESS needed to be designed again. This paper presents the newly designed FESS and what has been changed from the 1st trial FESS to improve 1st bending mode and imbalance response. The experimental results to see how much 1st bending mode frequency was improved are presented, too.