用于调相机-飞轮储能系统的磁齿轮调速器设计_李志强.pdf

第 43 卷 第 7 期2023 年 7 月电 力 自 动 化 设 备Electric Power Automation EquipmentVol.43 No.7Jul.2023用于调相机-飞轮储能系统的磁齿轮调速器设计李志强，王东阳，肖洋（中国电力科学研究院有限公司，北京 100192）摘要：介绍一种用于新能源场站调相机-飞轮储能的磁齿轮调速器的电磁设计。基于同心式永磁齿轮的运行机理，该调速器通过改变定子绕组电流的频率，在调相机的固定转速条件下，实现飞轮的无级变速及其与调相机之间的功率交换，使调相机在传统的无功调节功能基础上，增加有功支撑的能力。确定了磁齿轮调速器的基本结构和调速、供电频率范围等基本运行条件，采用有限元软件计算和对比具有不同的永磁体布置与充磁方向、调制环和定子槽基本结构尺寸的磁齿轮调速器的电磁性能，并选定内置V形永磁体和一定的调制块厚度、宽度及定子槽形，作为最终设计方案。该设计方案显著提高了磁齿轮调速器的转矩密度，并具有较高的运行效率。关键词：调相机；飞轮储能；磁齿轮调速器；转矩密度；效率中图分类号：TM31 文献标志码：ADOI：10.16081/j.epae.2023050120 引言随着国家能源战略的推进，新能源比例大幅提高，电力系统的电压支撑、惯量支撑和调频能力持续减弱，安全稳定运行受到前所未有的挑战13。目前新型分布式调相机已成为改善新能源场站电压和惯量支撑的关键设备，其在提升新能源场站短路比和动态电压支撑方面发挥了重要作用并得到广泛认可。然而，调相机本身转动惯量相对较小，在改善新能源场站惯量支撑方面的作用还不明显。为提高调相机系统的转动惯量，通常采用增加飞轮的方式。调相机系统对系统惯性时间常数的贡献与其本身的机械储能成正比，为降低设备体积和运行损耗，可采用“调相机+齿轮箱+高速飞轮”的方案。若将齿轮箱改为可变速设备，则飞轮转速可大范围变化以释放或吸收更多的机械能，不仅可以提供更高的惯量支撑，而且能够参与系统一次调频，使调相机具备优异的电压、惯量支撑能力和一定的一次调频能力。飞轮储能装置使用寿命长，能够满足新能源厂站比较频繁的一次调频需求45，与电化学储能配合可以很好地改善新能源场站的有功调节特性。基于同心式磁齿轮的工作原理67，研究者提出了一种具有单电气端口、双机械端口的变速装置，将调相机和飞轮分别与一个机械端口相连，通过变流器调节电气端口的电流频率，可以实现调相机和飞轮之间转速的无级差变换和转矩的传递。基于这种磁齿轮调速器，调相机和飞轮组成一套兼具无功和有功调节能力的储能系统。磁齿轮调速器电气端口的功率只占储能系统传递的峰值功率的一小部分，大幅降低了变流器容量，极大降低了造价89。近年来，研究人员尝试将类似的多电气机械端口磁齿轮式电机或调速器应用于风力发电1011、电动汽车1214等新能源领域，并提升其转矩、效率、功率因数等方面的性能，以适应各种具体的应用场合。例如，针对应用于风力发电的一台具有双电气端口、单机械端口的磁齿轮式电机，文献 11 对定子铁心、定子槽、调制块等的几何参数进行了优化设计，以改进转矩性能，并提高效率；针对应用于混合动力新能源汽车的具有单电气端口、双机械端口的磁齿轮式电机，文献 1214 则关注影响功率因数、调制环损耗、机械强度等的主要因素，并从电机设计或控制策略方面研究相应的改进措施。磁齿轮式电机或调速器的工作原理源于同心式磁齿轮，两者都具有调制环、永磁体等基本结构。为提升同心式磁齿轮的转矩密度或者转矩性能价格比，研究者对调制环、永磁体等的形状15及永磁体的充磁方式和布置位置1617进行改进。上述同心式磁齿轮或磁齿轮调速器的研究工作主要是针对中、低转速和功率的应用场合开展的。用于调相机-飞轮储能系统的磁齿轮调速器目前仅存在概念上的设计，还需要在借鉴前人经验的基础上，进一步完成适应其应用场合的具体设计方案。考虑到高转速应用场景对其机械结构可靠性的要求，这种磁齿轮调速器需要采用比较大的气隙，这不利于其转矩密度的提升，因此，提升转矩密度是电磁设计中需要关注的重点之一。本文介绍了调相机-飞轮储能系统及用于该系统的磁齿轮调速器的基本结构和工作原理，给出了满足一定飞轮转速和变流器频率调节范围的磁齿轮收稿日期：20221211；修回日期：20230504在线出版日期：20230530基金项目：中国电科院自有基金项目（基于磁齿轮耦合的高惯量储能调相机系统设计）Project supported by Selfunded Project of China Electric Power Research Institute（Design of Highinertia Energystorage Synchronous Condenser System with Magneticgear Coupling）66第 7 期李志强，等：用于调相机-飞轮储能系统的磁齿轮调速器设计调速器的基本电磁设计。在此基础上，采用有限元模型，着重计算和对比了具有不同的永磁体布置与充磁方向、调制环和定子槽基本尺寸的磁齿轮调速器的转矩，进一步提出了提升磁齿轮调速器转矩密度的具体结构的电磁设计方案。1 用于调相机-飞轮储能系统的磁齿轮调速器1.1同心式磁齿轮概述本文所述磁齿轮调速器的基本原理源于英国学者K.Atallah、D.Howe等提出的同心式磁齿轮 67，如附录A图A1所示。这种磁齿轮利用调制块与隔磁块形成的交变磁导对内外磁环磁场的调制作用，使不同极对数和转速的内外磁环之间形成稳定的转矩传递。同心式磁齿轮所有永磁体同时贡献转矩，其转矩密度远高于传统的磁齿轮，基本可以和机械齿轮媲美，使相关研究进入了新阶段。同心式磁齿轮的主要组成部分包括磁极数较少的内磁环、磁极数较多的外磁环及由导磁的调制块和隔磁块组成的调制环。一般情况下，上述3个组件在工作过程中任意一个固定不动，另外2个转动，其传动比等于2个转动组件的极对数（对调制环而言为调制块个数）的比值。1.2磁齿轮调速器及其在调相机-飞轮储能系统中的应用基于同心式磁齿轮的结构，研究者将其中的1个或者2个磁环替换成带有三相绕组的定子，以静止线圈在电激励下形成的旋转磁场代替转动的永磁体形成的旋转磁场，构成了磁齿轮式电机。例如，将同心式磁齿轮的一个磁环替换成具有三相绕组的定子，调制环和内磁环作为转子，可以形成具有单电气端口、双机械端口的新型电机。在混合动力新能源汽车中，这种电机的三相绕组接变流器，其作用类似双馈风力发电机的控制绕组，调制环和内磁环分别连接车轮转轴上的锥齿轮和发动机，随着三相绕组电流频率的变化，可以实现发动机与车轮转速非固定比值的连续调节1214。本文研究的磁齿轮调速器与同心式磁齿轮及磁齿轮式电机的磁场耦合机理一致，它与储能调相机系统中其他装置的连接如附录A图A2所示。储能调相机系统中的磁齿轮调速器需要实现转速恒为3 000 rmin的调相机与转速连续变化的飞轮之间的转矩传递，非固定转速比的技术特点与应用于混合动力新能源汽车的磁齿轮式电机相似，所不同的是前者需要适应高得多的工作转速，并提供更大的功率。储能调相机系统用磁齿轮式调速器需要采用较大的气隙，以适应高速转子对结构可靠性的需要。在相同的永磁体用量和定子电流条件下，磁齿轮式调速器采用大气隙相比采用小气隙难以提升转矩功率密度，造成体积较大，限制其应用。因此，在兼顾结构可靠性的条件下提高转矩功率密度是储能调相机用磁齿轮调速器电磁设计的关键。另外，高速条件下铁心和永磁体中形成较高频率的涡流及相应的损耗，降低系统的效率；过大的转矩脉动会冲击系统的可控性与稳定性。这些问题也要在电磁设计中予以关注。2 磁齿轮调速器的工作原理假设磁齿轮调速器的内转子磁环和定子三相绕组分别形成具有pr对极和pc对极的基波旋转磁场，调制块个数为N，根据同心式磁齿轮依靠谐波磁场耦合的工作原理，这些结构满足：N=pr+pc（1）内转子磁环、定子基波旋转磁场和调制环的转速r、c和m满足：r=Nm-pccpr（2）工作过程中，m和r方向相同，假定二者恒为正，其方向作为所有的转速和转矩的参考方向。当它们与m和r方向相同时为正，否则为负；所有的机械功率和电磁功率对对应的转子或旋转磁场形成驱动性作用的为正，形成制动性作用的为负。如果三相电流的频率为 fc，则根据式（2）可得：r=Nm-2 fcpr（3）规定 fc 的符号与c的符号保持一致：当 fc=0时，三相绕组通入直流电，c=0，内转子飞轮的转速为r0=Nm/pr；当 fc 0时，c与m同方向，rr0；当 fc r0。式（3）说明，通过调节三相电流的频率，就可以在恒定的调制环转速条件下，实现内转子飞轮的无级差转速调节。当飞轮转速发生变化时，若忽略损耗，则磁齿轮调速器的3个端口形成如下的功率与转矩平衡：Pr+Pm+Pc=Trr+Tmm+Tcc=0（4）Tr+Tm+Tc=0（5）式中：Pr为内转子传递给调制环的功率；Pm为调相机传递给调制环的功率；Pc为定子三相绕组的输入电功率；Tr为内转子磁场对调制环的转矩；Tm为调相机对调制环的输入转矩；Tc为定子磁场对调制环的电磁转矩。综合式（2）、（4）、（5），可以得到 Tc和 Tm存在如下关系8：TcTm=-pcN（6）67电 力 自 动 化 设 备第 43 卷为说明磁齿轮调速器的变流器功率与飞轮的调速范围之间的关系，定义KP如下：KP=PcPm=TccTmm（7）考虑到式（6），得到：KP=-pccNm（8）根据式（2）和式（8）可得：r=Nmpr(1-pccNm)=Nmpr(1+KP)（9）根据磁齿轮调速器的上述工作原理，储能调相机系统具有如表1所示的工作状态。式（3）和式（9）说明，变流器的频率调节范围和承担的调频功率与所需要的飞轮变速范围成正比。3 磁齿轮调速器电磁性能的计算与设计方案改进3.1基本结构设计及其转矩性能磁齿轮调速器的设计需要综合考虑飞轮的变速范围、变流器的功率和变频范围、最大转矩、效率、转子的机械强度等基本要求和性能。磁齿轮调速器基本结构设计中的首要问题是定子和内转子极数的选取。根据式（1）和式（3），这2个极对数之和（即调制块的个数）不宜选得过大，否则将需要过高的定子电流频率，给变流器的设计与制造以及磁齿轮调速器的效率造成巨大挑战。同时，考虑到在有限直径的定子铁心内绕制多极绕组的难度，定子极数不宜过多。另一方面，根据式（3），内转子的极数不宜过少，否则内转子的转速过高，可能引发机械强度和可靠性问题。本文采用的磁齿轮调速器定子和内转子极对数分别为10和7，原始设计（设计1）的内转子采用表贴式径向充磁永磁体，基本结构截面如附录B图B1所示，主要设计参数如附录B表B1所示。为提高高速运转下整体结构的可靠性，内、外气隙较大，分别为30 mm和20 mm。将定子通直流电流时的内转子转速（即r0=7 285.7 rmin）作为内转子飞轮的额定转速，飞轮的工作转速在额定转速的 20%范围内，即5 828.68 742.9 rmin，相应的定子供电频率为170 Hz，定子磁场基波转速为 1 020 rmin。为了验证磁齿轮调速器工作的可行性，建立动态电磁有限元模型，计算定子通入额定电流，内转子飞轮的转速分别达到 8 742.9、7 285.7、5 828.6 rmin，并且以最大转矩储存和释放能量时的动态电磁性能。图 1 给出表 1 中 6 个状态（rr0加速、rr0减速、r=r0加速、r=r0减速、rr0加速、r 0（Pr0）减速dr/dt0）调相机调制环Pm0从电网吸收功率（Pm 0）向电网发出功率（Pm 0）变流器定子电磁转矩Tc 0Tc 0变流器动作情况维持供电频率 fc 不变向负方向调整供电频率（dfc/dt0）功率流向Pc0若rr0（fc 0）若r=r0（fc=0），则与电网无功率交换（Pc=0）若r 0），则向电网发出功率（Pc r0（fc 0），则向电网发出功率（Pc 0）若r=r0（fc=0），则与电网无功率交换（Pc=0）若r 0），则从电网吸收功率（Pc 0）68第 7 期李志强，等：用于调相机-飞轮储能系统的磁齿轮调速器设计为提高大气隙磁齿轮调速器的转矩功率密度，下文根据相关文献中的经验，首先改进对转矩功率影响较大的结构，即永磁体的布置方式和充磁方向；然后在具有最大转矩的永磁体设计基础上，调整调制环尺寸；进一步在具有最大转矩的永磁体和调制环组合设计的基础上，调整定子槽形设计，并最终形成3个结构具体的电磁设计方案。上述设计工作以提高转矩功率密度为首要的改进方向，并兼顾效率和转矩脉动，以使最终选定的设计方案的这2个指标在可以接受的范围内。各设计方案都通过对比内转子飞轮达到 8 742.9 rmin并以最大转矩储存能量时的电磁性能进行取舍。3.2永磁体布置方式和充磁方向的改进在保持永磁体用量与原始设计相等的前提下，内转子分别采用 V形内置式（设计 2）和 Halbach阵列永磁体（设计3），定子和调制块结构均与原始设计保持一致。内置式永磁体不需要绑缚，可以适当减小气隙，因此设计2的内气隙减小到20 mm，设计2的外气隙和设计3的2个气隙均与原始设计一致。尝试按图2设置设计2的永磁体长度hpm、宽度wpm和开口角度，按图3设置设计3的副磁极充磁角度，以提高2个设计的最大电磁转矩。表3为设计2和设计3的电磁性能。对比设计1 3的电磁性能可以发现，在永磁体用量相同的前提下，设计2明显地具有最高的转矩和效率。相对于设计1，设计2的内转子转矩脉动略有增加，调制环转矩脉动明显下降。根据永磁电机中的相关经验，采用内置V形永磁体可以实现聚磁效果，提升主磁通，并可以增加一定的磁阻转矩，而且内置式永磁体带给转子的可靠性提升为适当调小气隙提供了可能，这些因素有助于提升永磁电机的转矩密度。本节的仿真结果表明，将内置V形永磁图2内转子V形内置永磁体设计Fig.2V-shaped permanent magnet design of inner rotor图3内转子Halbach阵列永磁体设计Fig.3Halbach array permanent magnet design ofinner rotor表3 不同永磁体设计的电磁性能Table 3 Electromagnetic performances ofdifferent permanent magnet designs性能内转子电磁转矩（kNm）调制环电磁转矩（kNm）不计摩擦的效率%内转子转矩脉动%调制环转矩脉动%数值设计211.93629.14999.128.82.6设计311.01726.71298.928.73.5表2 磁齿轮调速器原始设计的电磁性能Table 2 Electromagnetic performances of initial design of magnetic-geared speed regulator运行参数内转子飞轮转速（rmin-1）定子电流频率Hz定子基波磁场转速（rmin-1）性能内转子电磁转矩（kNm）调制环电磁转矩（kNm）定子电磁转矩（kNm）内转子电磁功率MW调制环电磁功率MW定子电磁功率MW永磁体损耗kW铁耗kW铜耗kW不计摩擦的效率%内转子转矩脉动%调制环转矩脉动%数值rr0状态8 742.91701 020数值rr0加速10.21024.83714.6279.3487.8031.54539.552.426.098.728.73.3rr0减速10.24924.79914.5509.3837.7911.59241.746.626.098.828.83.9r=r0状态7 285.700r=r0加速10.35725.15314.7967.9027.902034.611.026.099.127.83.5r=r0减速10.06024.43114.3717.6757.675036.58.826.099.128.53.6r r0状态5 828.61701 020rr0加速10.23124.84014.6096.2457.8041.55938.748.926.098.528.23.7rr0减速10.24024.82714.5876.2507.8001.55039.248.626.098.528.04.069电 力 自 动 化 设 备第 43 卷体拓展到磁齿轮调速器，显著提升了包括转矩密度在内的主要电磁性能。3.3调制环的厚度和宽度的改进调制环是耦合定子和内转子磁场的关键结构，其几何尺寸对转矩的影响在磁齿轮调速器的设计中不容忽视。本节通过改变如附录B图B2所示的调制环的厚度hm和宽度（以极弧系数=m1/m2表示，m1为调制块宽度角，m2为调制环极距角），改善调制环对定子磁场和内转子磁场的调制作用，增强耦合效果，从而提高最大电磁转矩。在设计2（hm=65 mm）的基础上，保持定子结构和气隙不变，减小hm。在此过程中，增加内转子的直径以维持内气隙不变，并保持永磁体的体积和 V 字形状不变。表 4 为调制块5 个厚度设计的电磁性能。由表可知，转矩随着hm的变化存在一个拐点，当hm达到50 mm（设计7）时，转矩达到最大值。相对于改进永磁体阶段的优选设计（设计2），设计7的转矩脉动有所增加，效率稍有下降。在设计 7（=0.5）的基础上调整，以进一步提高转矩。表5为调制块不同宽度设计的电磁性能。对比设计7、9、10可以发现，转矩随着的变化也存在一个拐点，当hm保持为50 mm，变为0.6（设计9）时，转矩达到最大值。相比设计7，设计9的内转子和调制环转矩脉动分别有所下降和增加，效率稍有下降。3.4定子槽形的改进由于定子外径的限制，用于储能调相机系统的磁齿轮调速器定子槽数不宜过多，往往接近调制块的个数。这种情况下，定子齿槽本身也对磁场形成较强的调制作用，影响内转子磁场与定子磁场的耦合。本节通过改善定子槽形的设计，以进一步提高最大转矩。如附录B图B3所示的定子槽为梯形，以hs1表示定子槽的深度，以hs2表示定子铁心的径向厚度，定义k=hs1/hs2。在设计9（=0.6）的基础上，保持槽面积和槽满率不变，计算3种具有不同k值定子槽形设计的电磁性能，如表6所示。对比设计9与设计1113可以发现，转矩随着k的变化也存在一个拐点，当k为0.75（设计12）时，转矩达到最大值。相对于设计9，设计12的最大转矩明显增加，转矩脉动变化不大，效率稍有增加。3.5优选设计与原始设计的对比经过上述设计改进，得到设计12具有最大的转矩，作为优选设计。表7为优选设计与原始设计结构的主要区别，2种设计的其他结构参数相同。在保持永磁体用量与原始设计相等的前提下，优选设计改用内置V形永磁体，同时调整内气隙、调制环的径向厚度和极弧系数，并在保持梯形定子槽面积和槽满率与原始设计相等的前提下，调整槽的径向高度。由表7可知，优选设计比原始设计的转矩和转矩密度提高30.8%，不计摩擦的效率提高0.3个百分点。调制环转矩脉动有所增加，但仍在可以接受的范围内。表4 调制块不同厚度设计的电磁性能Table 4 Electromagnetic performances of designs withdifferent thicknesses of modulating pieces设计参数与性能hmmm内转子电磁转矩（kNm）调制环电磁转矩（kNm）不计摩擦的效率%内转子转矩脉动%调制环转矩脉动%数值设计43512.05129.19998.933.44.1设计54012.16029.58798.932.03.5设计64512.20329.77999.031.13.3设计75012.22829.81999.030.62.9设计85512.21829.68699.029.32.8表6 不同定子槽形设计的电磁性能Table 6 Electromagnetic performances of differentstator slot geometry designs设计参数与性能k内转子电磁转矩（kNm）调制环电磁转矩（kNm）不计摩擦的效率%内转子转矩脉动%调制环转矩脉动%数值设计110.713.23632.29599.028.14.3设计120.7513.31332.48299.028.54.5设计130.813.16032.10598.928.34.8表5 调制块不同宽度设计的电磁性能Table 5 Electromagnetic performances of designswith different widths of modulating pieces设计参数与性能内转子电磁转矩（kNm）调制环电磁转矩（kNm）不计摩擦的效率%内转子转矩脉动%调制环转矩脉动%数值设计90.612.59330.73498.928.84.1设计100.712.02029.41998.828.76.4表7优选设计与原始设计的结构对比Table 7Structural comparison ofselected and initial designs设计参数永磁体设计（体积相同）内气隙mm内转子直径mmhmmmk原始设计表贴径向充磁30725650.50.6优选设计内置V形20775500.60.7570第 7 期李志强，等：用于调相机-飞轮储能系统的磁齿轮调速器设计4 结论本文介绍了调相机-飞轮储能系统及用于该系统的磁齿轮调速器的基本结构和工作原理。针对这一应用场景，提出了磁齿轮调速器的基本电磁设计方案，并通过有限元仿真分析证明该方案可以实现调相机和飞轮之间的无级变速和能量传递。根据用于储能调相机系统的磁齿轮调速器的结构特点，进一步从永磁体的布置和充磁方向、调制环和定子槽的基本形状方面对电磁设计方案进行了优选。通过对比不同的设计方案发现，在相同的永磁体用量条件下，内转子采用内置V形永磁体比采用径向充磁的表贴永磁体能够明显提高磁齿轮调速器的转矩密度和效率。此外，适当调整调制块的厚度和宽度、定子槽的形状参数也能一定程度地提高磁齿轮调速器的转矩密度。采用改进的优选设计方案能大幅增转矩密度并适当提高效率，并且转矩脉动并未显著增加。本文工作为用于调相机-飞轮储能系统的磁齿轮调速器电磁优化设计提供了可以借鉴的技术思路。附录见本刊网络版（http：）。参考文献：1张尧翔，刘文颖，李潇，等.高比例新能源接入电网光热发电-火电联合调峰优化控制方法 J.电力自动化设备，2021，41（4）：1-7，32.ZHANG Yaoxiang，LIU Wenying，LI Xiao，et al.Optimal control method of peak load regulation combined concentrating solar power and thermal power for power grid accessed with high proportion of renewable energy J.Electric Power Automation Equipment，2021，41（4）：1-7，32.2刘中建，周明，李昭辉，等.高比例新能源电力系统的惯量控制技术与惯量需求评估综述 J.电力自动化设备，2021，41（12）：1-11，53.LIU Zhongjian，ZHOU Ming，LI Zhaohui，et al.Review of inertia control technology and requirement evaluation in rene-wable-dominant power systemJ.Electric Power Automation 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D.Design，analysis and realisation of a high-performance magnetic gear J.IEE Proceedings-Electric Power Applications，2004，151（2）：135-143.8李 志 强，孙 华 东，王 东 阳，等.一 种 无 级 变 速 磁 齿 轮：202110275081.6 P.2021-10-199李志强，孙华东，郭强，等.一种基于磁齿轮耦合的同步调相机储能方法：202110278510.5 P.2021-06-1110WANG Y，HO S L，FU W N，et al.A novel brushless dou-bly fed generator for wind power generation J.IEEE Tran-sactions on Magnetics，2012，48（11）：4172-4174.11CHEN Y，FU W，WENG X.A concept of general flux-modulated electric machines based on a unified theory and its application to developing a novel doubly-fed dual-stator motor J.IEEE Transactions on Industrial Electronics，2017，64（12）：9914-9923.12BAI J，LIU J，LIU G，et al.Investigation of the power factor of magnetic-field modulated brushless double-rotor machineJ.IEEE Transactions on Power Electronics，2021，36（1）：423-432.13BAI J，LIU Y，TONG C，et al.Investigation into a magnetic-field-modulated brushless double-rotor machine with the high-strength and low-loss modulating ring rotorJ.IEEE 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energy storage system with synchronous condenser and flywheelLI Zhiqiang，WANG Dongyang，XIAO Yang（China Electric Power Research Institute，Beijing 100192，China）Abstract：The electromagnetic design of magnetic-geared speed regulator（MGSR）in the energy storage system with synchronous condenser and flywheel for new energy station is introduced.Based on the operation principle of coaxial magnetic gear，by changing the frequency of the stator current，the MGSR achieves stepless change of the flywheel speed and the power flow between the flywheel and the synchronous condenser whose speed is constant.Equipped with MGSR，the synchronous condenser is capable of not only regulating reactive power but also providing active power support.The basic structure，the regulation range of speed and frequency and other basic operation conditions of MGSR are determined.The electromagnetic performance of MGSR with different configurations of permanent magnets and different dimensions of modulating ring and stator slots are calculated and compared by using finite element software，and the V-shaped permanent magnets，the width and thickness of modulating pieces and the shape of stator slots are selected for the final design.This design increases the torque density of magnetic-geared speed regulator significantly and achieves fairly high operational efficiency.Key words：synchronous condenser；flywheel energy storage；magnetic-geared speed regulator；torque density；efficiencyCoordinated optimal capacity configuration of energy storage equipped by new energy and transmission lines considering consumption levelXIE Yuguang1，LI Jinzhong1，WANG Chuan2，GAO Bo1，ZHENG Tianwen3，MEI Shengwei2（1.State Grid Anhui Electric Power Research Institute，Hefei 230601，China；2.Department of Electrical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China；3.Sichuan Energy Internet Research Institute，Tsinghua University，Chengdu 610213，China）Abstract：With the rapid increase of the proportion of renewable energy power generation represented by wind and photovoltaic power，the uncertainty and volatility of the output of wind farms and photovoltaic power plants pose great challenges to the real-time power balance.The configuration of energy storage with reasonable scale can guarant