電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制用SMES裝置及其性能研究.pdf

1、超導磁儲能裝置是將超導磁體的無損高效儲能特性與電力電子的快速電能轉換技術相結合的一種新型功率調節(jié)和能量轉換裝置，也是目前實用化程度最高的一種超導電力裝置，因此開展SMES 的應用研究對于推動和促進我國電力系統(tǒng)的發(fā)展和技術進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)學模型、控制策略、功率調節(jié)特性、物理裝置及其在電力系統(tǒng)應用等方面展開研究。 利用開關函數(shù)構造了電流源型SM

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

3、SMES 的功率調節(jié)特性，建立了含SMES 的電力系統(tǒng)非線性數(shù)學模型。 在此模型的基礎上，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)律的簡便設計方法。該方法的一個重要特點是通過坐標變換在所構成的線性系統(tǒng)中引入了發(fā)電機端電壓，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控制理論應用于SMES控制的問題。通過對由跟蹤－微分器提取的轉子角速度和機端電壓的偏差及其微分和積分信號分別進行適當非線性組合，產(chǎn)生用于協(xié)調控制SMES 和系統(tǒng)之間的有功和無功功率交換的控制信號。仿真結果表明該控制器具有良好的適應性和魯棒性，同時具有可不依賴于被控對象模型直接進行設計的特點。 基于嵌入式技術研制了電力系統(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高溫超導電流源型SMES裝置，詳細介紹了該裝置各構成部分的性能、設計方法和工作原理，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，進行了不同工作模式下SMES的功率調節(jié)特性研究。 探討了SMES阻尼電力系統(tǒng)功率振蕩的機理，提出將SMES與系統(tǒng)并聯(lián)處的有功功率變化量作為S