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.     

基于超导储能系统的风电场功率控制系统设计

风电场输出功率的波动性和间歇性会给电网带来不利的影响。为了降低风电场并网对电能质量的影响,文中阐述了一种基于超导储能系统的抑制风电场功率波动的间接控制方法。利用超导储能系统的四象限功率运行能力来补偿风电场输出的有功和无功功率波动,并抑制由此产生的电网电压波动;通过合理设计超导储能系统功率调节器的带宽来优化储能量。通过对风电场连接于弱电网的仿真,验证了所提出的功率控制策略的有效性。     

SVC和SSSC联合改善风电场暂态电压稳定性的研究

分析了影响风电场暂态电压稳定性的原因,即当系统发生短路故障,电压下降,而异步电机发出有功功率的同时又会从电网吸收无功功率,造成风电机组机端电压降落的更严重,系统失去稳定。针对这一原因提出了应用静止无功补偿器(SVC)和静止同步串联补偿器(SSSC)进行联合,利用SSSC减小短路电流,降低故障期间母线电压下降的程度,故障切除后,利用SVC进行无功补偿,提高风电场的暂态电压稳定性。分别给出了SVC和SSSC的工作特性,在Matlab/Simulink中搭建了风电场和相关模型,通过仿真计算验证了SVC和SSSC对于提高风电场暂态电压稳定性的作用。结果表明:SVC能够连续平滑的对系统提供无功补偿,维持系统的暂态稳定;当发生严重短路故障时,SSSC和SVC联合,能够有效地减小故障电流,恢复机端电压;SVC和SSSC的共同作用能解决风电场的暂态电压稳定问题。     

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。     

应用于超导储能的功率调节系统

讨论了一种适用于超导储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,简称SMES)的电流型功率调节系统.主电路设计采用了模块化结构,易于扩容;控制电路采用以主控DSP和MCU为核心的两级结构.利用瞬时功率检测方法所得到的有功功率和无功功率进行功率闭环控制.实验结果说明.功率调节系统能够在四象限内快速、独立地控制有功功率和无功功率.单机无穷大系统的三相短路实验表明,超导储能系统能够显著抑制发电机的功率振荡.     

超导储能装置用于改善暂态电压稳定性的研究

建立了超导储能装置(SMES)在暂态电压稳定性分析中的简化数学模型.SMES经双桥系统的电流源型换流电路与电力系统相连.研究了具有快速响应特性的SMES在提高电力系统暂态电压稳定性方面的作用和其无功控制策略,以及采用不等触发角控制时的控制原则.在Matlab平台上编制了暂态仿真程序,对典型3机10母线系统进行了仿真计算.仿真结果表明,超导储能装置安装在动态负荷处,采用无功-电压控制方式能够有效地提高系统的暂态电压稳定性.     

飞轮储能系统改善并网风电场稳定性的研究

采用飞轮储能单元作为并网风电场的能量缓冲装置以稳定并网风电场的功率输出。建立了基于等效电路的飞轮储能系统的数学模型,并设计了以风力发电机输出有功功率和无功功率作为控制信号时的控制策略。最后以随机风波动为例,对采用飞轮储能系统的并网风电场进行了仿真研究。结果表明,此方案能实现风电机组输出有功功率和无功功率的综合快速补偿,有效地改善并网风电场的电能质量和稳定性。     

SMES-DFIG提高多机系统暂态功角稳定性的控制策略

为了提高风电并网系统暂态功角稳定性,以双馈风力发电机(doubly fed induction generator, DFIG)并联超导储能(superconducting magnetic energy storage, SMES)装置为研究对象,提出了一种联合SMES-DFIG的控制方法。通过风电场接入对系统节点导纳矩阵的修正和收缩处理,并基于拓展等面积等则,依据接入DFIG的网络拓扑和暂态期间系统等值功角变化的信息,分析系统等值机械功率改变量的增减性质对系统功角的影响关系,对与DFIG并联的SMES给出了提高系统暂态功角稳定性的功率输出综合控制规律,并对控制策略的有效性进行了仿真验证。研究结果表明,合理准确地控制SMES的功率输出可以改善系统等值功角的变化,加快系统稳定的恢复速度,该研究结果可为利用SMES提高多机系统暂态稳定性的控制提供参考。     

超导储能改善并网风电场稳定性的研究

建立了风电机组和超导储能(SMES)装置的数学模型以研究SMES对并网风电场运行稳定性的改善.针对风电系统中经常出现的联络线短路故障和风电场的风速扰动,提出利用SMES安装点的电压偏差作为SMES有功控制器的控制信号的策略.对实例系统进行的仿真计算结果表明,SMES采用该控制策略,不仅可以在网络故障后有效地提高风电场的稳定性,而且能够在快速的风速扰动下平滑风电场的功率输出,降低风电场对电网的冲击.     

超导储能装置应用于风电场平滑功率输出的研究

建立了风电机组和超导储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)装置的数学模型以研究SMES对并网风电场运行稳定性的改善。针对风电系统中经常出现的联络线短路故障和风电场的风速扰动,提出利用SMES安装点的电压偏差作为SMES有功控制器的控制信号的策略。并搭建了风电场接入电网后的仿真模型,对实例系统进行的仿真计算结果表明,SMES采用该控制策略,不仅可以在网络故障后有效地提高风电场的稳定性,而且能够在快速的风速扰动下平滑风电场的功率输出,降低风电场对电网的冲击。     

双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

由于双馈风电机组具有不同于同步发电机的运行特性,且不同型号双馈风电机组在实现故障穿越时采用不同的控制策略,造成大规模风电并网的电力系统暂态稳定性发生变化。文中通过对双馈风电机组控制特点及故障行为的深入研究,指出双馈风电机组的故障行为由故障穿越运行控制策略决定,并给出其等效外特性。基于等面积定则定性分析了双馈风电机组接入单端送电系统后,其故障行为对系统暂态稳定性影响的机理。在理论分析基础上进行了时域仿真验证,仿真结果表明,故障期间减小双馈风电机组有功给定值、增加无功注入控制比例系数有利于系统的暂态功角稳定性,故障清除后有功恢复控制对系统的暂态功角稳定性影响不大,验证了所提理论分析的正确性。     

A developed control strategy for mitigating wind power generation transients using superconducting magnetic energy storage with reactive power support

The fast variations of wind speed during extreme wind gusts result in fluctuations in both generated power and the voltage of power systems connected to wind energy conversion system (WECS). This paper presents a control strategy which has been tested out using two scenarios of wind gusts. The strategy is based on active and reactive powers controls of superconducting magnetic energy storage (SMES). The WECS includes squirrel cage induction generator (SCIG) with shunt connected capacitor bank to improve the power factor. The SMES system consists of step down transformer, power conditioning unit, DC–DC chopper, and large inductance superconducting coil. The WECS and SMES are connected at the point of common coupling (PCC). Fuzzy logic controller (FLC) is used with the DC–DC chopper to control the power transfer between the grid and SMES coil. The FLC is designed so that the SMES can absorb/deliver active power from/to the power system. Moreover, reactive power is controlled to regulate the voltage profile of PCC. Two inputs are applied to the FLC; the wind speed and SMES current to control the amount active and reactive power generated by SMES. The proposed strategy is simulated in MATLAB/Simulink®. The proposed control strategy of SMES is robust, as it successfully controlled the PCC voltage, active and reactive powers during normal wind speeds and for different scenarios of wind gusts. The PCC voltage was regulated at 1.0 pu for the two studied scenarios of wind gusts. The fluctuation ranges of real power delivered to the grid were decreased by 53.1% for Scenario #1 and 56.53% for Scenario #2. The average reactive power supplied by the grid to the wind farm were decreased by 27.45% for Scenario #1 and 31.13% for Scenario #2.     

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。     

超导储能装置的非线性鲁棒控制器设计

首先讨论了超导储能装置（SMES）建模问题,根据SMES样机实验结果,构造了SMES的二阶鲁棒模型;然后在单机无穷大系统中,得到了含SMES的电力系统非线性鲁棒模型。进一步,基于反馈线性化方法将系统线性化,再利用线性H_∞理论求得SMES的鲁棒控制规律。最后,用数字仿真检验控制规律的有效性。结果表明在各种工况下,SMES的非线性鲁棒控制器均可使系统在受到大干扰后迅速恢复正常运行,并显著提高系统的暂态稳定极限,从而提高系统的输电能力。     

基于SMES外环主控制策略的功率震荡抑制研究

长治-南阳-荆门特高压试验示范工程是目前华北和华中两大区域电网之间唯一的联络线,自2008年投运以来,联络线上出现了较大幅度的功率波动。超导储能（SuperconductorMagneticsEnergySystem,SMES）装置具有无损高效储能与快速电能转换的特性,本文分析了SMES装置抑制功率振荡的机理,建立了含有SMES的两区四机系统电磁暂态模型,采用多种SMES外环主控制策略进行仿真计算,实现联络线功率振荡的抑制,并比较了几种控制策略的优缺点。仿真结果表明,基于多种外环主控制策略的SMES装置能够有效抑制特高压联络线的功率振荡,提高区域电网联网的稳定水平。     

SVC与桨距角控制改善异步机风电场暂态电压稳定性

研究了改善异步机风电场暂态电压稳定性的措施。基于普通异步机的恒速风电机组是目前世界上应用最为广泛的风电机组之一，由于其发出有功功率的同时吸收无功功率，会导致接入风电地区电网的电压稳定性降低。文中在DIgSILENT/PowerFactory中建立了静止无功补偿器（SVC）控制模型及风电机组桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对异步机风电场与电网暂态电压稳定性的贡献。研究结果表明，在接入风电地区电网发生三相短路的大扰动故障时，SVC能够有效地帮助恒速风电机组在故障后恢复电压，提高输出的电磁功率，桨距角控制能够有效地降低恒速风电机组的输入机械功率，以上2种措施能够避免风电机组机械与电磁功率不平衡引起的异步发电机超速及电压失稳;采用SVC及风电机组桨距角控制能够改善异步机风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组连续运行及电网安全稳定。