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.
Son Jang-Kyung;Lee Hong-Hee;Nho Eui-Cheol;Kim Heung-Gun;Chun Tae-Won
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.10
no.5
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pp.494-500
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2005
The paper proposed a control strategy for flywheel energy/recovery system with induction machine at the dynamic UPS system using the flywheel stored mechanical energy. The performances for the vector controlled induction generator are compared with those for the induction generator using slip control method. The strategy to improve the transient responses for dc link capacitor voltage is suggested at the transition from the motoring mode to the generating mode. The strategy Proposed by the paper is verified with experiment results using 32bit DSP.
Nguyen, Trong Duy;Beng, Gilbert Foo Hock;Tseng, King-Jet;Vilathgamuwa, Don Mahinda;Zhang, Xinan
Journal of Power Electronics
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v.12
no.5
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pp.758-768
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2012
This paper presents the modeling and position-sensorless vector control of a dual-airgap axial flux permanent magnet (AFPM) machine optimized for use in flywheel energy storage system (FESS) applications. The proposed AFPM machine has two sets of three-phase stator windings but requires only a single power converter to control both the electromagnetic torque and the axial levitation force. The proper controllability of the latter is crucial as it can be utilized to minimize the vertical bearing stress to improve the efficiency of the FESS. The method for controlling both the speed and axial displacement of the machine is discussed. An inherent speed sensorless observer is also proposed for speed estimation. The proposed observer eliminates the rotary encoder, which in turn reduces the overall weight and cost of the system while improving its reliability. The effectiveness of the proposed control scheme has been verified by simulations and experiments on a prototype machine.
In this paper, the robust superconductor flywheel energy storage system(SFESS) controller using $H_{\infty}$ control theory was designed to damp low frequency oscillation of power system. The main advantage of the $H_{\infty}$ controller is that uncertainties of power system can be included at the stage of controller design. Both disturbance attenuation and robust stability for the power system were treated simultaneously by using mixed sensitivity $H_{\infty}$ problem. The robust stability and the performance for uncertainties of power system were represented by frequency weighted transfer function. To verify control performance of proposed SFESS controller using $H_{\infty}$ control, the closed loop eigenvalue and the damping ratio in dominant oscillation mode of power system were analyzed and nonlinear simulation for one-machine infinite bus system was performed under disturbance for various operating conditions. The results showed that the proposed $H_{\infty}$ SFESS controller was more robust than conventional power system stabilizer (PSS).
The flywheel generator in use as a power source for experimental device can be large enough to generate the electric power to make it suitable for application in wide rage of industries. The proposed system pruduces the good performance for power control. In this paper, the validity of the flywheel for power storage is described and the new control method which applies the space vector control scheme are proposed. This system is superior to conventional power compensator in the aspect of stability improvement and it is possible to make the converter capacity small. Continuous operation by flywheel can be realized even during power network faults such as 1-line ground.
Kim, Jung-Wan;Yoo, Seong-Yeol;Bae, Yong-Chae;Noh, Myoung-Gyu
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.3
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pp.283-289
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2010
Owing to the increasing worldwide interest in green technology and renewable energy sources, flywheel energy storage systems (FESSs) are gaining importance as a viable alternative to traditional battery systems. Since the energy storage capacity of an FESS is proportional to the principal mass-moment of inertia and the square of the running speed, a design that maximizes the principal inertia while operatingrunning at the highest possible speed is important. However, the requirements for the stability of the system may impose a constraint on the optimal design. In this paper, an optimal design of an FESS that not only maximizes the energy capacity but also satisfies the requirements for system stability and reduces the sensitivity to external disturbances is proposed. Cross feedback control in combination with a conventional proportional-derivative (PD) controller is essential to reduce the effect of gyroscopic coupling and to increase the stored energy and the specific energy density.
This study focuses on the application of the PEM Fuel Cell(PEMFC) hybrid system, which includes a regenerative braking system with supercapacitor(SC) and battery. The purpose of this study is to evaluate the characteristics of regenerative energy and to propose solutions to increase regenerative energy via vehicle simulation. To achieve this target, we set the rated motor speed to 3,000/2,500/2,000 rpm. Because the flywheel is directly connected to the motor, the generator activates regenerative braking by using the rotational momentum of the flywheel when the flywheel reaches the set speed after the motor stops. We could then measure the characteristics of regenerative braking of voltage, current, power, energy change, etc. Meanwhile, we calculate the storage efficiency of the SC or the battery. Our results show that the SC stores 18% of the regenerative energy, while battery stores 15% of the energy. Since the regenerative energy decreases with the decrease of the motor rotating speed that 5,027 J and 2,915 J are restored at 3,000 and 2,500 rpm, respectively. The experimental results also prove that regenerative braking energy is able to be obtained if and only if the speed of flywheel is over 2,500 PRM, and the efficiency of the system can be further improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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