超導(dǎo)磁儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、電能存儲(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展使得傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中電能難以大規(guī)模存儲(chǔ)的問題有望得到解決。大規(guī)模間歇性新能源并網(wǎng)給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了新的挑戰(zhàn)，儲(chǔ)能是應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的最佳技術(shù)之一，因此，儲(chǔ)能技術(shù)必將在未來電力系統(tǒng)中占有重要地位。論文首先回顧了儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的歷史與現(xiàn)狀，通過對比分析指出：超導(dǎo)磁儲(chǔ)能（superconducting magnetic energy storage, SMES）由于其功率的快速響應(yīng)特性在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中具有

2、良好的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)之上，論文從數(shù)學(xué)建模、數(shù)值仿真、理論分析、控制策略和實(shí)驗(yàn)樣機(jī)研制等多個(gè)方面系統(tǒng)研究了SMES技術(shù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用。主要工作包括以下幾個(gè)部分。
　　第2章首先搭建了一個(gè)含有風(fēng)電和儲(chǔ)能的仿真測試平臺(tái)：風(fēng)電場采用雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)等值模擬，儲(chǔ)能的模型采用SMES的三階模型。在此基礎(chǔ)上，研究了含風(fēng)電場和儲(chǔ)能的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定概率評估的方法，重點(diǎn)考慮了系統(tǒng)故障受擾和風(fēng)速波動(dòng)等隨機(jī)因素，其中，故障擾動(dòng)包括故障位

3、置、故障類型、故障持續(xù)時(shí)間以及重合閘成功與否等。基于二分法和蒙特卡羅仿真，量化了系統(tǒng)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，建立了風(fēng)電場的穿透率、儲(chǔ)能容量和系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的定量關(guān)系。最后，結(jié)合SMES的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，給出了已知穿透率下的最優(yōu)儲(chǔ)能容量。
　　第3章在前一章建立的仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)上，分析了含有大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性?？紤]到風(fēng)電的波動(dòng)性，分析了風(fēng)電場穿透率和等值機(jī)的參數(shù)變化對系統(tǒng)低頻振蕩模式的影響。根據(jù)系統(tǒng)的阻尼特性，設(shè)計(jì)了風(fēng)機(jī)—儲(chǔ)能

4、協(xié)調(diào)阻尼控制策略。時(shí)域仿真和小干擾分析結(jié)果表明，控制策略能夠很好的應(yīng)對風(fēng)電場出力的波動(dòng)特性：當(dāng)風(fēng)機(jī)的參數(shù)和出力在較大范圍內(nèi)變化時(shí)，所設(shè)計(jì)的控制器都能夠保證系統(tǒng)主導(dǎo)模式的阻尼。
　　第4章提出了一種考慮儲(chǔ)能裝置輸出功率限制的電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制用儲(chǔ)能的抗飽和控制方法。通常，在不考慮儲(chǔ)能的容量限制時(shí)，可以利用線性控制理論設(shè)計(jì)控制器：本章采用留數(shù)法設(shè)計(jì)的線性控制器作為對照組，這類控制器在線性區(qū)內(nèi)具有較強(qiáng)的阻尼。然而，如果出現(xiàn)儲(chǔ)能容量受限的情

5、況，儲(chǔ)能的實(shí)際輸出和期望輸出不相等，就會(huì)造成閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能下降，嚴(yán)重時(shí)還可能出現(xiàn)系統(tǒng)失穩(wěn)。本文利用飽和限幅環(huán)節(jié)來描述儲(chǔ)能容量限制，并將飽和限幅轉(zhuǎn)化為輸入受限系統(tǒng)進(jìn)行分析和控制，給出了抗飽和控制的設(shè)計(jì)方法，仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的抗飽和控制器能有效減小儲(chǔ)能輸出功率的限幅對動(dòng)態(tài)性能的影響，同時(shí)在儲(chǔ)能容量不受限的情況下對線性控制器不產(chǎn)生任何影響。
　　第5章介紹了國內(nèi)第一套移動(dòng)式直接冷卻高溫超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)（moveable su-perc

6、onducting magnetic energy storage, M-SMES）的工作原理、組件結(jié)構(gòu)、性能實(shí)驗(yàn)、動(dòng)模實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)。該系統(tǒng)額定值為380V/35kJ/7kW，包括高溫超導(dǎo)磁體及杜瓦、制冷單元、變流器、監(jiān)控單元、箱體等主要組件及其它輔助部件，可吊裝至集裝箱車上移動(dòng)到所需的位置，通過簡單接線即可投入使用。針對該系統(tǒng)分別進(jìn)行了電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)。各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果表明：該M-SMES具有四象限功率快速調(diào)節(jié)能力，具有良