電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制用SMES裝置及其性能研究.pdf

1、超導(dǎo)磁儲能裝置是將超導(dǎo)磁體的無損高效儲能特性與電力電子的快速電能轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合的一種新型功率調(diào)節(jié)和能量轉(zhuǎn)換裝置，也是目前實用化程度最高的一種超導(dǎo)電力裝置，因此開展SMES 的應(yīng)用研究對于推動和促進(jìn)我國電力系統(tǒng)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步有十分積極的意義。本文在國家863 計劃項目的資助下，以電流源型SMES 為研究對象，在SMES 的數(shù)學(xué)模型、控制策略、功率調(diào)節(jié)特性、物理裝置及其在電力系統(tǒng)應(yīng)用等方面展開研究。 利用開關(guān)函數(shù)構(gòu)造了電流源型SM

2、ES 的詳細(xì)仿真模型。從提高SMES 功率調(diào)節(jié)特性和減小輸出電流諧波分量兩個目標(biāo)出發(fā)，提出了基于觸發(fā)模式的改進(jìn)型PWM 開關(guān)策略。 基于此PWM 開關(guān)策略，研究了能夠按照系統(tǒng)要求對電流源型SMES 獨立地進(jìn)行有功和無功功率四象限調(diào)節(jié)的實時功率控制方法。理論和仿真分析結(jié)果表明該開關(guān)策略不僅能夠快速改變變流器交流側(cè)電流的幅值和相位，有效降低變流器交流側(cè)電流中的諧波含量，而且能夠提高SMES 裝置的功率響應(yīng)特性。 考慮電流源型

3、SMES 的功率調(diào)節(jié)特性，建立了含SMES 的電力系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型。 在此模型的基礎(chǔ)上，從提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的角度出發(fā)，提出了基于反饋線性化方法和線性最優(yōu)控制理論的SMES 控制規(guī)律的簡便設(shè)計方法。該方法的一個重要特點是通過坐標(biāo)變換在所構(gòu)成的線性系統(tǒng)中引入了發(fā)電機(jī)端電壓，實現(xiàn)了用SMES 同時對系統(tǒng)功角和電壓的控制。仿真結(jié)果表明該，控制器在改善系統(tǒng)的阻尼特性和提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性方面都具有良好的控制效果。 以減小模型不

4、確定性對SMES控制器性能的影響及提高控制器的魯棒性為主要目的，論文探索了將非線性PID控制理論應(yīng)用于SMES控制的問題。通過對由跟蹤－微分器提取的轉(zhuǎn)子角速度和機(jī)端電壓的偏差及其微分和積分信號分別進(jìn)行適當(dāng)非線性組合，產(chǎn)生用于協(xié)調(diào)控制SMES 和系統(tǒng)之間的有功和無功功率交換的控制信號。仿真結(jié)果表明該控制器具有良好的適應(yīng)性和魯棒性，同時具有可不依賴于被控對象模型直接進(jìn)行設(shè)計的特點。 基于嵌入式技術(shù)研制了電力系統(tǒng)用SMES裝置的監(jiān)測控

5、制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有很好的通用性和開放性，而且通過采用多微機(jī)并行處理數(shù)據(jù)方式，使系統(tǒng)具有良好的實時控制能力。 研制了35kJ/7.5kW高溫超導(dǎo)電流源型SMES裝置，詳細(xì)介紹了該裝置各構(gòu)成部分的性能、設(shè)計方法和工作原理，研究了使其能在電力系統(tǒng)靈活投切的有效控制方法。以此系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進(jìn)行了不同工作模式下SMES的功率調(diào)節(jié)特性研究。 探討了SMES阻尼電力系統(tǒng)功率振蕩的機(jī)理，提出將SMES與系統(tǒng)并聯(lián)處的有功功率變化量作為S