电力系统稳定控制用高温超导磁储能装置及实验研究

超导磁储能稳定控制装置是将超导电力技术、大功率电力电子技术和控制理论相结合的一种新型电力系统稳定控制装置。它从及时补偿系统中由于各种原因产生的不平衡功率这一个新的角度出发考虑提高电力系统稳定性的问题，可望为解决由于功率不平衡产生的电力系统失稳问题提供一条新的途径。理论研究结果表明，这是一种非常有效的电力系统稳定控制措施。为了促进这一成果的广泛应用，同时进一步研究这种装置在实现过程中可能产生的问题，该作者在实验室环境中研制了一套基于直接冷却技术的高温超导磁储能控制装置样机，并在电力系统动态模拟实验室环境下，对该样机的性能进行了实验，得到了满意的结果。该文在简述利用超导磁储能控制装置进行电力系统稳定控制原理和特点的基础上，详细介绍了研制的高温超导磁储能稳定控制装置实验样机的构成和功率调节特性实验结果，以及将它用于电力系统动态模拟系统进行稳定控制的实验结果。     

基于超导磁储能的电力系统机电扰动传播控制

基于超导磁储能提出了一种机电扰动传播控制新方法.根据机电波理论,给出了影响机电扰动传播的电力系统机电波特性阻抗;探讨了采用计算或测量求得离散电力系统机电波特性阻抗的方法;提出了超导磁储能机电扰动任意透射系数控制器原理.利用PSS/E电力系统仿真软件,在WECC 127母线系统上进行了仿真试验,按照设计要求,扰动被控制在一定区域或实现了所设计透射系数的机电扰动控制,初步证明了超导磁储能机电波扰动控制器的可行性和有效性.     

超导储能装置介绍及其提高电力系统暂态稳定性的研究

超导储能装置（Superconducting Magnetic Energy Storage devices,SMEs）现已在电力系统中获得了越来越多的应用。通过对超导储能装置的原理,发展及应用情况进行了较详细的介绍,引入了PSS／E大型电力系统仿真软件中的SMES有功及无功模型。并且在四机两区域系统上进行了仿真研究,分析了储能装置在系统故障时的有功及无功补偿作用,验证了超导储能装置在改善电力系统暂态稳定性,抑制系统振荡方面的效果。     

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.     

超导储能在新能源电力系统中的应用与展望

随着清洁、低碳、可再生的新能源接入电网,储能技术的大力推广和发展势在必行.通过对常见储能技术的对比分析,着重介绍了超导磁储能(SMES)和超导飞轮储能两种形式储能技术的原理、构成及各国研究现状.指出超导磁储能与蓄电池储能结合及真空管道+超导磁悬浮列车储能等多元复合型储能系统必将成为近阶段储能技术发展的主要方向.     

一种新型电力系统稳定控制装置

提出了一种新型FACTS装置——多功能柔性功率调节器(FPC),它将飞轮储能技术和传统的同步调相技术有机地结合在一起,同时采用交流励磁和矢量控制等先进技术进行控制。这种装置具有储能、发电、调相等多种功能,将其用于电力系统的稳定性控制,可实现动态有功功率和无功功率同时双向大范围的快速调节,具有增强电力系统稳定性的能力。详细论述了柔性功率调节器的工作原理,建立了装置的稳态等值电路模型,分析了装置在不同运行方式下的功率传递关系。同时,还介绍了FPC的一个主要组成部分——基于SPWM的双VSC变频控制器以及三相SVC的矢量控制原理。用数字仿真的方法研究了FPC与电网进行四象限功率交换的特性。最后,用一个单机无穷大系统,通过仿真分析,验证了FPC所具有的巨大的稳定电力系统的能力。     

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.     

基于PSCAD的电流源型超导磁储能装置建模研究

介绍了电流源型超导磁储能装置(CSMES)的基本结构和工作原理,在PSCAD/EMTDC环境下建立了CSMES的全时域仿真模型.通过模型仿真,研究了CSMES的工作特性.仿真结果表明CSMES作为FACTS装置能够实现四象限的快速功率交换,有效提高电力系统的稳定性.     

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。     

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。     

超导储能装置在提高电力系统暂态稳定性中的应用

超导储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)装置可以很好地改善电力系统暂态稳定性。文中基于PSS/E平台研究了储能装置改善电力系统暂态稳定性的作用,分析了储能装置在不同安装地点以及不同安装容量下对系统暂态稳定性的影响,并给出了效果对比分析,对储能装置实际应用具有一定的指导意义。最后,通过实际华东电网宁德-双龙通道的仿真分析,验证了储能装置在改善电力系统暂态稳定性,抑制系统振荡方面的效果。     

利用柔性功率调节器提高电力系统稳定性

多功能柔性功率调节器(FPC)是一个大容量低速飞轮储能系统,也是一种新型FACTS装置。它由双馈电机(DFIG)和作为交流励磁电源的电压源型双PWM变换器组成。类似于超导磁储能(SMES),FPC具有独立的有功和无功调节能力,能提高电力系统稳定和改善电能质量。与SMES相比,FPC易于开发和运行,成本也低。为了提高FPC的控制性能,提出了一种改进型定子磁链定向控制策略。该策略对于电网电压波动具有较好的鲁棒性,且易于实现。针对一个包含FPC的双机无穷大母线系统进行仿真,证明该改进型控制策略具有良好的动态特性,电力系统的稳定性得到明显改善。     

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。     

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.     

Enhancement of transient stability by fuzzy logic-controlled SMES considering communication delay

This paper presents a fuzzy logic-controlled superconducting magnetic energy storage (SMES) for the enhancement of transient stability in a multi-machine power system. The control scheme of SMES is based on a pulse width modulation (PWM) voltage source converter (VSC) and a two-quadrant DC–DC chopper using gate-turn-off (GTO) thyristor. Total kinetic energy deviation (TKED) of the synchronous generators is used as the fuzzy input for SMES control. Communication delays introduced in online calculation of the TKED are considered for the actual analysis of transient stability. Global positioning system (GPS) is proposed for the practical implementation of the calculation of the TKED. Simulation results of balanced fault at different points in a multi-machine power system show that the proposed fuzzy logic-controlled SMES is an effective device for transient stability enhancement of multi-machine power system. Moreover, the transient stability performance is effected by the communication delay.     

基于超导储能的综合电能质量调节装置及其控制策略

介绍一种新型综合电能质量调节装置——并联处理在线不间断电源,该装置仅采用一套双向电流型变流装置,利用超导线圈作为直流侧储能元件,可实现负载电压调节、有源滤波和改善功率因数等多项功能,并具有损耗小、结构简单等优点。根据装置的结构特点和工作原理,提出了一种基于同步旋转坐标系统的解耦和前馈补偿控制策略,通过采用电源电流“预补偿”的方法,解决了常规前馈补偿方法中电源电流暂态分量衰减过慢的问题。利用仿真软件PSCAD／EMTDC对该装置及其控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了该装置具有良好的运行性能。     

超导—蓄电池混合储能装置接于配电网对电压稳定性的影响

建立了超导储能(SMES)-蓄电池(BESS)混合储能在电压分析中的简化数学模型。充分利用蓄电池的能量密度大、造价低和超导储能的功率密度大,循环周期长的优点互补供电,大大提高了系统改善电压的性能。混合储能装置经双桥系统与配电网交流系统相接,能大大提高接入的容量。具有快速响应的超导储能装置使得混合储能装置具有快速接入的特点,采用触发角控制原则触动系统输出功率来改善电压稳定。在Matlab平台上,对给出的算例进行仿真计算。仿真结果表明,混合式储能装置接于配电网能有效的改善系统的电压稳定性。