超導磁儲能技術在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應用研究.pdf

1、電能存儲技術的快速發(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)定運行帶來了新的挑戰(zhàn)，儲能是應對這一挑戰(zhàn)的最佳技術之一，因此，儲能技術必將在未來電力系統(tǒng)中占有重要地位。論文首先回顧了儲能技術在電力系統(tǒng)中應用的歷史與現(xiàn)狀，通過對比分析指出：超導磁儲能（superconducting magnetic energy storage, SMES）由于其功率的快速響應特性在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中具有

2、良好的應用前景。在此基礎之上，論文從數(shù)學建模、數(shù)值仿真、理論分析、控制策略和實驗樣機研制等多個方面系統(tǒng)研究了SMES技術在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應用。主要工作包括以下幾個部分。
　　第2章首先搭建了一個含有風電和儲能的仿真測試平臺：風電場采用雙饋型風力發(fā)電機等值模擬，儲能的模型采用SMES的三階模型。在此基礎上，研究了含風電場和儲能的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定概率評估的方法，重點考慮了系統(tǒng)故障受擾和風速波動等隨機因素，其中，故障擾動包括故障位

3、置、故障類型、故障持續(xù)時間以及重合閘成功與否等?；诙址ê兔商乜_仿真，量化了系統(tǒng)失穩(wěn)的風險，建立了風電場的穿透率、儲能容量和系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的定量關系。最后，結合SMES的技術經(jīng)濟性分析，給出了已知穿透率下的最優(yōu)儲能容量。
　　第3章在前一章建立的仿真平臺的基礎上，分析了含有大規(guī)模風電并網(wǎng)的電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性?？紤]到風電的波動性，分析了風電場穿透率和等值機的參數(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，設計了風機—儲能

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

5、況，儲能的實際輸出和期望輸出不相等，就會造成閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)性能下降，嚴重時還可能出現(xiàn)系統(tǒng)失穩(wěn)。本文利用飽和限幅環(huán)節(jié)來描述儲能容量限制，并將飽和限幅轉化為輸入受限系統(tǒng)進行分析和控制，給出了抗飽和控制的設計方法，仿真驗證了所設計的抗飽和控制器能有效減小儲能輸出功率的限幅對動態(tài)性能的影響，同時在儲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)第一套移動式直接冷卻高溫超導磁儲能系統(tǒng)（moveable su-perc

6、onducting magnetic energy storage, M-SMES）的工作原理、組件結構、性能實驗、動模實驗和現(xiàn)場試驗。該系統(tǒng)額定值為380V/35kJ/7kW，包括高溫超導磁體及杜瓦、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)分別進行了電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗和現(xiàn)場試驗。各項試驗結果表明：該M-SMES具有四象限功率快速調(diào)節(jié)能力，具有良