【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及重力儲能，具體涉及一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法。
技術介紹
1、重力儲能作為一種規模化物理儲能方式，其系統本質安全，選址靈活，同時具有零自放電率、儲能容量大、放電深度高等優勢，近年來受到越來越多學者的關注。目前，重力儲能市場方興未艾，但缺少對其細致深入研究。
2、針對重力儲能系統的建模與計算，中國專利申請cn116865455a提出了一種適用于模塊化重力儲能系統機械轉矩特性的功率脈動優化方法，采用矩形脈沖擬合模塊化重力儲能系統的機械轉矩特性，仿真得到對應的輸出功率曲線。中國專利申請cn116488207a提出了一種斜坡式重力儲能系統的容量與荷電狀態計算方法。中國專利申請cn117134509a提出了一種斜坡式重力儲能系統能效分析方法，通過質量塊在斜坡區域移動能耗以及電網與重力儲能系統之間電能傳輸能耗計算整個重力儲能系統在充電和放電工況下的綜合能量效率。以上專利申請所涉及的建模與計算方法主要針對整個重力儲能運行過程，對加載/減載、加速/減速、啟/停等暫態過程做理想化處理，難以反映實際運行中由工況切換帶來的復雜的機電耦聯振動問題。
3、研究考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，對后續研究重力儲能系統暫態過程提供了理論基礎，對于提高重力儲能系統能效和運行穩定性具有重要意義。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，對考慮傳動鏈機電耦合振動的重力儲能系統模型進行研究，本專利技術提出一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，對于重力儲能系
2、為達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，包括以下步驟：
4、步驟s1：建立變長度鋼絲繩動力學模型，用于描述鋼絲繩在重力儲能系統運行中質量和長度變化條件下的振動特性，建立無外界干擾和有外界干擾下的鋼絲繩-重物提升系統振動控制方程；所述鋼絲繩-重物提升系統由鋼絲繩和重物構成；
5、步驟s2：構建重力儲能用電機轉矩脈動模型，用于描述電機自身輸出的振動特性；
6、步驟s3：將電機在不同重力儲能系統運行狀態下的輸出轉矩作為鋼絲繩-重物提升系統的動力源輸入，將輸出轉矩的振蕩作為鋼絲繩的激勵源，在激勵源的作用下，鋼絲繩產生振動；
7、步驟s4：將電機輸出角速度作為變長度鋼絲繩動力學模型的邊界條件，考慮各系統參數，計算電機及其控制系統與鋼絲繩-重物提升系統的機電耦合振動作用下的鋼絲繩的振動特性與張力振蕩，建立機電耦合振動作用下的鋼絲繩-重物提升系統的機電耦合振動模型；
8、步驟s5：鋼絲繩的張力振蕩同時作為電機輸入機械轉矩，聯立電機電壓與運動方程、機械負載振動方程，搭建電機軸系扭振模型，用于描述電磁-機械耦合作用下的電機軸系的振動情況；
9、步驟s6：結合步驟s4中的機電耦合振動模型與數值解，計算考慮機電耦合振動的重力儲能系統運行參數。
10、進一步地，步驟s1包括以下步驟：
11、步驟s11：將鋼絲繩-重物提升系統簡化為沿軸向運動的張緊弦線，質量為m的剛性的重物直接連接于弦線的下端，弦線和重物構成一個連續體；
12、步驟s12：以鋼絲繩和滑輪相切點為坐標圓點建立空間坐標系，x軸垂直向下的方向為正向，y軸水平向左的方向為正向，z軸垂直向外的方向為正向；
13、步驟s13：利用連續介質的有限形變理論，列出鋼絲繩上x處的位移向量r為：
14、r＝[x(t)+u(x,t)]i+v(x,t)j+w(x,t)k
15、其中，u(x,t)、v(x,t)、w(x,t)分別為鋼絲繩上的縱向振動位移、橫向振動位移、側向振動位移；i,j,k分別為沿x,y,z軸正方向的單位矢量；t表示時刻；x(t)為t時刻鋼絲繩上任意點的縱向位置；
16、步驟s14：計算重物位移向量rm和速度向量vm：
17、rm＝[l(t)+u(l,t)]i+v(l,t)j+w(l,t)k
18、
19、其中，下標m表示重物，是為提升系統的軸向運行速度；u(l,t)、v(l,t)、w(l,t)分別為鋼絲繩上l處的縱向振動位移、橫向振動位移、側向振動位移；l(t)為t時刻懸垂鋼絲繩的長度；
20、步驟s15：建立鋼絲繩-重物提升系統的能量描述，包括系統動能ek(t)、t時刻鋼絲繩中x處的靜態張緊力fs(x,t)、鋼絲繩-重物提升系統的彈性勢能ee(t)、重力勢能eg(t)；
21、步驟s16：將步驟s15中的系統動能ek(t)、t時刻鋼絲繩中x處的靜態張緊力fs(x,t)、鋼絲繩-重物提升系統的彈性勢能eg(t)帶入廣義哈密爾頓公式中，分別建立無外界干擾和有外界干擾下的鋼絲繩-重物提升系統振動控制方程。
22、進一步地，步驟s2包括：結合電機類型，考慮電機定轉子結構、極槽配合、有無變頻器供電，建立重力儲能用電機轉矩脈動模型。
23、進一步地，步驟s3中，電機在不同重力儲能系統運行狀態下的輸出轉矩與對鋼絲繩-重物提升系統的拉力的關系為：
24、tmech＝(ft|x＝0)·rroll
25、其中，tmech為電機輸出轉矩,rroll為卷線盤半徑，ft為電機對提升系統的拉力。
26、進一步地，步驟s3中的重力儲能系統運行狀態包括：電機速度曲線、電機外負載曲線、電機并網拓撲與功率控制方式和電機轉速控制方式。
27、進一步地，步驟s4包括：
28、步驟s41：根據電機實時轉速ω(t)，計算鋼絲繩在與卷筒相切點在三維坐標系中的運動速度矢量vr＝vx(t)i+vy(t)j+vz(t)k，其中，vx(t)、vy(t)、vz(t)分別為電機以角速度ω(t)旋轉時，同軸的卷筒在與鋼絲繩相切點在三維坐標系中沿x、y、z軸的運動速度；
29、步驟s42：在步驟s16建立的有外界干擾下的鋼絲繩-重物提升系統振動控制方程中，帶入邊界條件，建立機電耦合振動作用下的鋼絲繩-重物提升系統振動模型；
30、步驟s43：代入各系統參數，對機電耦合振動作用下的鋼絲繩-重物提升系統振動模型進行數值求解。
31、進一步地，步驟s4的邊界條件包括：
32、u(0,t)＝0，
33、v(0,t)＝0，
34、w(0,t)＝0，
35、其中，u(0,t)、v(0,t)、w(0,t)分別為鋼絲繩與滑輪相切處的縱向振動位移、橫向振動位移、側向振動位移，滑輪相切處為l＝0處。
36、進一步地，步驟s4中的系統參數包括：提升系統初始繩長、重物提升高度、重物質量、鋼絲繩線密度、彈性模量、橫截面積、慣性矩。
37、進一步地，步驟s5中，鋼絲繩的張力與電機輸入機械轉矩的關系為：
38、(f|x＝0)·rroll＝tload
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【技術保護點】
1.一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，步驟S1包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，步驟S2包括：結合電機類型，考慮電機定轉子結構、極槽配合、有無變頻器供電，建立重力儲能用電機轉矩脈動模型。
4.根據權利要求3所述的一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，步驟S3中，電機在不同重力儲能系統運行狀態下的輸出轉矩與對鋼絲繩-重物提升系統的拉力的關系為：
5.根據權利要求4所述的一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，步驟S3中的重力儲能系統運行狀態包括：電機速度曲線、電機外負載曲線、電機并網拓撲與功率控制方式和電機轉速控制方式。
6.根據權利要求5所述的一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，步驟S4包括：
7.根據權利要求6所述的一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，步驟S
8.根據權利要求7所述的一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，步驟S4中的系統參數包括：提升系統初始繩長、重物提升高度、重物質量、鋼絲繩線密度、彈性模量、橫截面積、慣性矩。
9.根據權利要求8所述的一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，步驟S5中，鋼絲繩的張力與電機輸入機械轉矩的關系為：
10.根據權利要求9所述的一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，步驟S6中，考慮機電耦合振動的重力儲能系統運行參數包括：重物速度矢量VM、重物動能EkM、重物重力勢能EgM、電機實際運行功率PM、重力儲能系統充放電功率P。
...【技術特征摘要】
1.一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，步驟s1包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，步驟s2包括：結合電機類型，考慮電機定轉子結構、極槽配合、有無變頻器供電，建立重力儲能用電機轉矩脈動模型。
4.根據權利要求3所述的一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，步驟s3中，電機在不同重力儲能系統運行狀態下的輸出轉矩與對鋼絲繩-重物提升系統的拉力的關系為：
5.根據權利要求4所述的一種考慮機電耦合振動的重力儲能系統建模方法，其特征在于，步驟s3中的重力儲能系統運行狀態包括：電機速度曲線、電機外負載曲線、電機并網拓撲與功率控制方式和電機轉速控制方式。
6.根據...
【專利技術屬性】
技術研發人員：羅曉悅，邱清泉，林玉鑫，葉華，張京業，周微微，聶子攀，肖立業，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，
類型：發明
國別省市：
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