smes變流器控制策略的研究

1、四川大學本科畢業(yè)論文SMES變流器控制策略的研究1SMESSMES變流器控制策略的研究變流器控制策略的研究專業(yè)：專業(yè)：電氣工程及其自動化學生：學生：林曉冬指導老師：指導老師：雷勇[摘要摘要]不可再生能源的過度使用造成了資源短缺、環(huán)境污染、改變地球環(huán)境的基本結(jié)構(gòu)等諸多的危害。在強調(diào)可持續(xù)發(fā)展的今天，那些不可再生資源已經(jīng)逐漸開始被新能源所取代。所以開發(fā)應用于新能源的儲能技術，是保證國家電力可持續(xù)發(fā)展的一項戰(zhàn)略性政策。由于超導磁儲能系統(tǒng)(Su

2、perconductingMagicEnergyStageSystemSMES)具有儲能容量大、轉(zhuǎn)換效率高、快速響應指令的性能，所以它可以和電網(wǎng)之間進行快速高效地功率交換。并且SMES在電力系統(tǒng)中的應用對提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善電能質(zhì)量，發(fā)展新能源技術中都發(fā)揮著重要的作用。首先，文中概述了SMES在電力系統(tǒng)中的研究現(xiàn)狀以及應用前景。通過與電流源型變流器進行詳細的比較分析，最終選擇了電壓源型變流器作為基本的研究對象。其次，本文研究了基于坐

3、標變換下的SMES電壓源型變流器的數(shù)學模型與工作原理，為本文關于SMES控制策略的研究提供了理論依據(jù)。又深入研究了空間電壓矢量調(diào)制方法，并以控制電流為目的研究了變流器及其斬波器的控制策略。其中變流器控制分別從雙環(huán)PI控制、狀態(tài)反饋控制兩種控制策略進行了研究。斬波器建立了電流環(huán)與電壓環(huán)，它們分別在磁體充電與放電的時候進行切換控制，以實現(xiàn)對電流的控制以及直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。然后，在基于電流控制的SMES變流器控制策略的研究基礎上，改進并提出了

4、一種以控制磁體與電網(wǎng)功率交換為目的的SMES變流器的控制策略。SMES變流器接收系統(tǒng)發(fā)出的功率指令，通過將磁體功率的標幺值轉(zhuǎn)化為占空比進而控制斬波器IGBT管的開斷狀態(tài)，磁體進行相應的充放電，以實現(xiàn)直流側(cè)電壓的穩(wěn)定以及SMES對系統(tǒng)功率指令的快速響應。最終，把本文建立的基于功率控制下的SMES用作抑制風光互補發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的功率波動。通過變流器與斬波器的協(xié)調(diào)控制，仿真實現(xiàn)了SMES與電力系統(tǒng)進行大小可控的、快速、雙向的功率交換，并對假設的

5、風光互補發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的功率波動有很好的平抑效果。本文的仿真模型都是通過MATLABSimulink進行搭建。仿真結(jié)果驗證了本文設計的控制策略可以實現(xiàn)SMES與電力系統(tǒng)進行單位功率因數(shù)下快速、可控的功率交換。[關鍵詞關鍵詞]超導磁儲能系統(tǒng)；電壓源型變流器；斬波器；PI控制；功率控制四川大學本科畢業(yè)論文SMES變流器控制策略的研究3鍵的。所以SMES并網(wǎng)的研究中，主要就是通過對SMES變流器的控制來提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定與可靠性。將超導儲能

6、系統(tǒng)作為一個直流電源與變流器相結(jié)合，與普通的直流電源與變流器的研究有一定的區(qū)別，因為超導磁體的參數(shù)對變流器的運行有一定的影響。那么通過將超導磁體的特性與變流器組合為SMES，進行協(xié)調(diào)的控制，具有很強的研究意義與研究價值。1.21.2超導磁儲能系統(tǒng)的概述超導磁儲能系統(tǒng)的概述在電力系統(tǒng)中不斷接入新能源，意味著能源的儲存技術的使用將對系統(tǒng)穩(wěn)定和電能質(zhì)量有著越來越重要的應用。目前存在有一系列的能源儲存技術，如超導磁儲能(SMES)、壓縮空氣儲能

7、(CAES)、流體電池、飛輪儲能系統(tǒng)、抽水蓄能系統(tǒng)、超級電容器等[5]。直流電流通過超導線圈，以電磁場的形式儲存能量于超導磁儲能系統(tǒng)。超導磁儲能系統(tǒng)有各種功率等級，由于它非常短的反應時間，超導磁儲能系統(tǒng)最適合用于改善電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。表1111幾種常見儲能方式的性能比較幾種常見儲能方式的性能比較[6]存儲設備密度(Whkg)效率(%)反應時間資本成本(kW)壽命(年)優(yōu)點缺點超級電容器0.158590秒小時140070003

8、040壽命長，效率高低能量密度，有毒化合物壓縮空氣儲能5075小時日280030容量大，單位容量成本相對較低技術不成熟飛輪儲能301003090秒分鐘21k70k2030高功率低能量密度抽水蓄能6080小時日980490040容量大，單位容量成本低影響野生動植物和水位鉛酸蓄電池儲能24456080分小時3502500210成本低鉛需要回收超導磁儲能9798毫秒分鐘250040高功率現(xiàn)階段成本較高從表11可以看出，SMES具有以下的優(yōu)點：