储能技术及其在电力系统稳定控制中的应用

基于储能原理的稳定控制装置通过向电力系统提供系统不平衡有功和无功功率的补偿可以有效地提高交流输电系统的稳定性。详细分析了这类控制装置的工作原理，并建立了其数学模型。在此基础上，进行了特征值和时域仿真分析，以探讨其工作特性。作为应用实例，较详细介绍了两种基于不同储能原理的电力系统稳定控制装置，一种是基于超导磁储能原理的电力系统稳定控制装置；另一种是基于飞轮储能原理的电力系统稳定控制装置。基于超导磁储能原理的电力系统稳定控制装置由超导磁体、电力电子变换装置和相应的控制系统组成。文中研究了该装置向小扰动情况下的大型互联电力系统低频振荡提供阻尼和在大扰动情况下增强系统暂态稳定性的能力。此外，还介绍了作者研制的基于超导磁储能电力系统稳定控制装置的样机，并在实验室环境下进行了控制装置的特性试验。对于基于飞轮储能的电力系统稳定控制装置，介绍了控制装置的基本原理和系统构成，并用数字仿真的方法对其工作特性进行了分析，得到了满意的结果。     

超导磁储能装置在风电系统控制中的应用

超导磁储能装置(SMES)是将超导技术、电力电子技术、控制理论和能量管理技术相结合的一种新型储能装置。在实时补偿系统中,由于各种原因会产生不平衡功率,SMES从这一新的角度出发考虑提高电力系统稳定性的问题。理论研究表明,SMES是一种提高电力系统稳定性的非常有效的新措施。为促使这一理论的广泛应用,同时进一步提高SMES的可靠性,研究将超导磁储能装置应用于风电场,以稳定系统输出;在此基础上,对风电场中超导磁储能装置的信号选取和控制策略等关键技术进行研究,阐述了未来的发展趋势。     

超导电力装置研究的进展

简要介绍了超导电力装置的基本应用特性,重点介绍了高温超导电力电缆、超导限流器、超导磁储能装置的应用优势,讨论了超导电力装置的待研问题。     

基于混合高温超导材料的高温超导储能系统顺利完成并网动模实验

2011年5月24日,中国电科院电工与新材料研究所（超导电力研究所）历时两年时间自主研发的高温超导储能系统在国家电网仿真中心电力系统动态模拟实验室成功实现了并网功率补偿。实验的成功,标志着中国电科院在高温超导储能系统电力应用技术领域取得了阶段性突破,其成果可为国家电网公司下一阶段开展超导电力应用技术的科研、试验示范运行、系统的分析与评估奠定坚实的基础。该高温超导储能系统是我国首个应用第一代铋系和第二代钇钡铜氧混合超导体构造的干焦容量高温超导储能系统,     

基于超导储能的动态电压补偿的研究

介绍一种基于超导储能(SMES)的动态电压补偿系统,该系统是一种电力电子控制装置,保证负载端的电压稳定。根据装置的结构特点和工作原理,提出基于SPWM的控制算法。该算法既能补偿三相对称电压凹陷,也能补偿单相电压凹陷。正常时针对三相不平衡,该算法也能严格控制负载侧的电压。样机实验结果验证了基于超导储能DVR的基本结构和控制方法的有效性。     

用超导电力磁储能系统改善发电机的阻尼

对电力系统中超导磁储能(SEMS)装置的关键技术——电力电子电路的拓扑结构进行了比较，对电压源型SMES尤其是关键的功率调节系统(PCS)进行了详细的分析，并在电力系统动态模拟平台上进行了试验，给出了一些模拟试验结果。     

超导储能装置提高风电场暂态稳定性的研究

对风电场安装使用超导磁储能装置增强风电场暂态稳定性进行了研究。在建立超导磁储能装置模型的基础上,提出了改善并网风电场暂态稳定性的超导磁储能装置控制策略,采用以网侧电压定向的矢量控制方案并通过附加前馈项实现其输出有功功率、无功功率的解耦控制。在电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了超导磁储能装置及其控制的仿真模型,基于实际电网及风电场的仿真结果验证了所建模型的正确性、控制策略的可行性。简要介绍了超导磁储能装置在并网风力发电系统的应用前景。     

超导储能装置提高风电场暂态稳定性的研究

对风电场安装使用超导磁储能装置增强风电场暂态稳定性进行了研究.在建立超导磁储能装置模型的基础上,提出了改善并网风电场暂态稳定性的超导磁储能装置控制策略,采用以网侧电压定向的矢量控制方案并通过附加前馈项实现其输出有功功率、无功功率的解耦控制.在电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了超导磁储能装置及其控制的仿真模型,基于实际电网及风电场的仿真结果验证了所建模型的正确性、控制策略的可行性.简要介绍了超导磁储能装置在并网风力发电系统的应用前景.     

超导电力技术在未来智能电网应用研究

超导电力作为一门尖端前沿的科学技术,其快速发展积极推动了我国电力行业巨大的改革,同时超导电力技术的日趋成熟逐渐克服了未来智能电网的技术瓶颈。由超导电力技术衍生出的高温超导限流器、超导电缆、超导储能装置将对我国电力行业产生新一轮的改革,超导电力技术的成熟将成为我国电力技术历史上一个新的里程碑。     

超导储能和超导限流器在电力系统应用中的比较

介绍了超导储能和超导限流器的发展现状和研究进程。针对它们在电力系统的应用情况,从稳定效果和控制方法方面比较了两者的优劣。超导储能和超导限流器都能有效地抑制电力系统功率振荡,其中,超导储能系统的控制复杂程度要高于超导限流器,但超导储能系统对电力系统的稳定效果要优于故障限流器。     

新型串联混合有源电力滤波器控制技术的研究

将串联型电力有源滤波器(APF)自身控制的稳定性与供电系统运行的稳定性分别加以研究，并对影响传统串联有源滤波器(SAPF)和传统串联混合有源滤波器(SHAPF)滤波性能的基本因数进行深入分析，以此为基础，提出一种新的超前补偿控制策略，使得SAPF或者SHAPF的滤波性能得到极大的提高，有效减少了有源部分的容量。10kVA的样机实验证实了控制的可行性。     

利用柔性功率调节器抑制电力系统功率振荡

基于飞轮储能的柔性功率调节器(FPC)是一种以储能原理为基础的新型FACTS装置。FPC能够快速与电力系统进行动态功率交换,改变系统的电气阻尼,从而抑制电力系统的功率振荡,增强电力系统的稳定性。本文基于含一台FPC的单机无穷大系统模型,分析了FPC阻尼功率振荡的机理,提出了其功率控制器的控制策略。根据所建立的模型和控制策略,在EMTDC/PSCAD环境建立了该系统的仿真平台,进行了详细的全时域数字仿真研究。并通过研制一台10kW的FPC样机进行电力系统动态模拟实验研究。研究结果表明,FPC改善了系统的阻尼特性,增强了系统抑制电力系统功率振荡的能力。     

基于机电波传播理论的柔性功率调节器稳定控制方法实验研究

柔性功率调节器(FPC)是一种集成了飞轮储能技术和双馈电机技术两者优点的新型FACTS装置。而机电波传播理论是一种分析和研究电力系统有功功率振荡的新思路。本文将机电波理论应用于提高实际电力系统稳定性,分析了单机系统中机电波传播特性,提出了基于该理论的FPC稳定控制方法,为所研制的380V/4kW FPC样机设计了稳定控制器。样机动模实验结果表明,FPC能够有效地提高系统稳定性,从而验证了所提方法的可行性和FPC技术的实用性。     

基于广域响应的大电网暂态稳定判别原型系统

基于响应的暂态稳定判别与控制技术是当前电力系统安全稳定领域的研究热点。目前已经提出了多种不同原理的暂态稳定判别技术,但距工程应用尚需解决很多问题。为分析比较各种判别技术的有效性和适用性,开发了一个基于广域响应的大电网暂态稳定判别原型系统。原型系统以PMU实时量测数据作为输入,分别实现了多种基于响应的暂态失稳判别技术的实时评估与可视化展示。介绍了原型系统的框架结构设计、功能模块实现和工程应用情况,并从时间尺度、数据量测以及控制策略生成等方面为基于响应的暂态稳定控制的下一步发展方向提出了建议。工程应用表明所开发的原型系统具有较好的使用价值,是分析比较各种基于广域响应的暂态稳定判别技术的有效工具。     

“风火打捆”交直流外送系统的暂态稳定控制研究

"风火打捆"交直流外送是未来千万千瓦级风电能源基地电力外送的重要方式之一,亟需掌握"风火打捆"交直流外送系统的稳定特性及其机理。功角是反映系统暂态稳定性的主要标志,分析了双馈电机的功角快变特性和"风火打捆"系统等值机械转动惯量对火电机组功角暂态稳定性的影响。针对系统的暂态稳定性问题,提出了一种附加控制策略,并设计出控制装置样机,可提高"风火打捆"系统的暂态稳定性。基于所提附加控制策略的试验样机通过了实时数字仿真器(Real Time Digital Simulator,RTDS)的闭环验证,结果表明:该附加控制策略通过改变直流输送功率和调节风机的有功输出,消除或减小了系统在暂态过程中的瞬时不平衡功率,增强了直流系统和风机对火电机组的等效阻尼作用,有效抑制了火电机组的功角摇摆幅度,提高了"风火打捆"系统的暂态稳定性。     

SCS-500L功率振荡解列装置的研制

SCS-500L功率振荡解列装置的判据基于功率振荡轨迹,原理简单,可控性好,工程应用方便。该装置采用高速数字信号处理技术,具有运算速度快、精度和可靠性高、人机界面友好等方面的优势,可适应电网结构和系统工况的灵活多变性。最后利用数字仿真验证了该判据和装置的有效性。     

Dynamic Stability Improvement of Decentralized Wind Farms by Effective Distribution Static Compensator

Dynamic instability of decentralized wind energy farms is a major issue to deliver continuous green energy to electricity consumers. This instability is caused by variations of voltage and frequency parameters due to intermittencies in wind power. Previously, droop control and inverter-based schemes have been proposed to regulate the voltage by balancing reactive power, while inertial control, digital mapping technique of proportional-integral-differential (PID) controller and efficiency control strategy have been developed to regulate the frequency. In this paper, voltage stability is improved by a new joint strategy of distribution static compensator (DSTATCOM) six-pulse controller based reactive power management among decentralized wind turbines and controlled charging of capacitor bank. The frequency stability is ensured by a joint coordinated utilization of capacitor bank and distributed wind power turbines dispatching through a new DSTATCOM six-pulse controller scheme. In both strategies, power grid is contributed as a backup source with less priority. These new joint strategies for voltage and frequency stabilities will enhance the stable active power delivery to end users. A system test case is developed to verify the proposed joint strategies. The test results of the proposed new schemes are proved to be effective in terms of stability improvement of voltage, frequency and active power generation.     

基于超导储能的暂态稳定控制器设计

设计了用于提高电力系统的暂态稳定超导储能(SMES)装置的非线性鲁棒控制器,并从数字仿真和动模实验两方面进行了验证。为了简化动态性能分析和控制器设计,在实验样机的基础上,提出了新的基于电流型变流器的SMES的动态模型,并将其转化为标幺制模型。通过外部干扰的引入,得到了装设SMES的单机无穷大系统的动态模型,并采用精确线性化方法和线性H∞控制理论设计了SMES的非线性鲁棒控制器。为了验证该控制器的效果,对装设SMES单机无穷大系统进行了数字仿真和动模实验,并将其与常规PI控制器进行了比较。仿真和实验结果都证明了非线性鲁棒控制器具有良好性能。     

一种新型超导直流故障限流器

与用于交流系统或双极直流系统的限流器不同,用于多端柔性直流系统的故障限流装置应能够在短路故障发生初期有效抑制故障电流的快速上升,避免在线路断路器动作之前换流器桥臂闭锁.针对这一性能要求提出了一种专门用于多端柔性直流电网中的新型超导故障限流器的基本结构和工作原理,并制作了原理验证样机.通过对原理验证样机开展的一系列实验,...