超导储能装置变流器控制策略的分析

随着高温超导材料的发现以及电力电子技术的快速发展，超导储能（SMES）装置在电力系统中的应用越来越广泛，超导储能装置的核心问题是对变流器的控制，为此详细地介绍了超导储能装置中变流器控制策略的原理及特点，并对各种控制策略进行了分析。     

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。     

超导磁储能与发电机励磁的多指标非线性协调控制

采用多指标非线性控制设计方法对SMES与汽轮发电机的励磁进行协调控制设计。多指标非线性设计方法通过恰当地选择输出函数来改变闭环系统的特征根位置，以获得良好的系统控制性能。设计表明，采用多指标非线性控制设计方法能很好地解决高维、多输入多输出非线性控制系统的非线性控制设计问题。仿真结果表明，所设计的控制规律能很好的兼顾系统各状态量的动、静态特性，有效提高系统的稳定运行能力，明显提高系统各输出量的控制精度。     

超导磁储能装置的功率控制

以电流源型和电压源型变流器作为研究对象,探讨了可对电流源型变流器和电压源型变流器交流侧电流的幅值和相位进行有效控制的SPWM开关策略。在此基础上,研究了能够按照系统要求对2种超导磁储能装置进行有功和无功功率调节的功率控制方法。仿真结果表明所研究的功率调节方法能够在四象限内进行超导磁储能装置输入输出有功和无功功率的快速解耦控制,仿真同时验证了所研究的功率控制策略的正确性和可行性。     

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.     

汽轮发电机组的线性分散干扰抑制控制

将非线性鲁棒控制理论应用于多机电力系统的汽轮调速控制系统。在耗散系统理论框架下,用推设计的方法,构造汽轮发电机组的能量存储函数,以避免求解HJI不等式,从而得到多机系统汽轮调速的非线性L2增益干扰抑制控制规律。控制策略的所有变量都是可量测的,而且控制量只与本机组的状态量有关,与其他机组的状态量和输电网络的参数无关。因而具有分散性。4机系统仿真结果表明,该控制规律可以提高电力系统的暂态稳定性。     

基于超导储能装置的联络线功率控制

改变了以往将超导储能装置安装在发电机出口处的策略,利用该装置与系统间有功和无功功率交换的灵活性,进行互联系统联络线的功率控制.控制目标由传统的驱使系统恢复到故障前的稳定运行点,转为跟踪系统惯量中心,以较小的控制代价尽快将系统拉回同步,并迅速平息故障后的区域间功率振荡.利用反步法为超导储能装置的有功环节设计了鲁棒控制器,使闭环系统对建模误差及有界的外部扰动具有鲁棒性.最后利用PSS/E对所提出的控制方案在4机2区系统上进行了数字仿真,证明了该方案的有效性.     

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。     

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。     

超导电力磁储能系统研究进展(一)——超导储能装置

交介绍了超导磁储能装置（SMES）的基本原理、系统组成和发展状,阐述了具有高效、快速响应、能与系统独立进行四象限交换有功和无功功率等特性的SMES在电力系统中应的重要意义,概述了SMES的应用前景和需要进一步解决的若干问题。并针对我国SMES研究的现状提出了一些建设性意见。     

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。     

超导磁储能系统的失超检测及保护综述

超导储能磁体的失超是超导电力设备技术实用化有待深入研究的一个重要问题。笔者综述了超导储能磁体的设备级失超检测及保护方法,并提出了参考性建议。     

旋转空间矢量算法在电压型SMES控制中的应用

研究了将旋转空间矢量算法应用于超导磁储能（SMES）装置的可行性，比较了分析了旋转空间矢量控制和传统矢量控制这两种控制算法在系统节点电压幅值或相位发生突变时的控制效果，讨论了旋转空间矢量算法在电压不对称条件下的适用性，旋转空间矢量的另一优点是可以减小计算量，为空间矢量控制，无差拍控制等复杂算法控制提供了条件，电磁暂态仿真证明了该原理和方法的正确性。     

基于超导储能的小扰动动态安全在线评估

利用超导储能(SMES)技术进行电力系统小扰动动态安全在线监测和评估是该技术在电力系统中的一种新应用.基于改进的Levy曲线拟合方法,文中建立了3阶7变量的局部传递函数拟合模型,通过对系统频域响应曲线峰值的拟合,获得了峰值对应模式的阻尼和频率特性,形成了小扰动安全的在线评估算法.通过EPRI-36节点系统的模式特征值与响应曲线峰值拟合结果的对比分析,说明了该算法的有效性和适用性.     

基于超导储能的并联处理不间断供电系统及其控制策略的研究

介绍了一种基于超导储能(SMES)的并联处理不间断供电系统(UPS),该系统仅采用一套双向电流型变流器,利用超导线圈作为直流侧储能元件,可对多项电能质量指标进行综合调节.作者根据装置的结构特点和工作原理,提出了一种基于电源电流"预补偿"的解耦和前馈补偿控制策略,并通过样机实验验证了该装置结构和文中提出的控制方法的有效性.     

电压不对称条件下并联电压源型SMES的触发方式

电压不对称条件下超导磁储能（SMES）的触发控制一直是个值得关注的问题，对称触发的SMES会向系统注入负序电流及以二倍频波动的功率，目前关于电压源型变换器不对称触发控制都是以消除负序注入电流为控制目标，文中在详细阐述不对称触发的研究背景的基础上，提出了可以消除有功功率二倍频波动的不对称触发，仿真计算结果表明，采用不对称触发后，SMES向系统注入的有功功率的平均值接近于系统的有功功同求，二倍频分量幅值也明显降低。     

多机电力系统中STATCOM与发电机励磁的协调控制

针对一个典型的两区域且区间联络线中间带STATCOM的4机电力系统，应用信息结构约束下的最优协调控制理论与算法，设计了输出反馈的线性二次型（LQ）分散控制规律，得到的励磁控制器考虑了机组原有PID自动电压调节器（AVR）的结构约束，并通过在STATCOM安装处构造一个能反映区间振荡模式的就地观测量，以抑制区间低频振荡。应用数字仿真研究了所得控制规律的性能，结果表明，协调控制器大大地提高了系统暂态稳定水平和区间传输容量，而且，由于采用了完全分散的信息模式和输出反馈方式，控制器实现代价低、可靠性高，易于实际应用。     

非线性PID控制器在超导磁储能装置中的应用研究

非线性比例-积分-微分(Nonlinear Proportion-Integral-Differential,NLPID)控制是一种利用非线性跟踪-微分器和非线性组合方法对线性PID控制进行改进的新型控制策略,它具有不依赖于被控系统模型的特点.作者设计了用于电力系统超导磁储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)装置的NLPID控制器,该控制器通过对由跟踪-微分器提取的转子角速度和机端电压的偏差及其微分和积分信号分别进行适当非线性组合,产生用于协调控制SMES和系统之间的有功和无功功率交换的控制信号.仿真结果表明该NLPID控制器具有较好的适应性和鲁棒性,且改善了系统的阻尼特性,提高了系统电压的稳定性.     

ASVG的非线性L2增益干扰抑制控制器

将非线性鲁棒控制方法用于先进的静止无功发生器（ASVG）的控制。基于电力系统动态、耗散系统理论框架和非线性L2增益干扰抑制方法,建立了单机无穷大系统中的ASVG鲁棒控制数学模型。模型中考虑了来自发电机转子轴上的机械功率扰动和ASVG输出电压的扰动。并在此基础上,采取递推设计方法构造能量存储函数,以避免求解HamiltonJacobiIssacs不等式,从而得到ASVG的非线性L2增益干扰抑制控制规律。单机无穷大系统的仿真结果证明,与传统PID PSS控制方式相比,在此控制规律下,ASVG能够更有效地阻尼系统振荡,提高系统暂态稳定性能。     

多机电力系统中发电机励磁控制设计的数学模型分析

在N机电力系统的原始动力学模型基础上得出一个新的励磁控制设计的数学模型,它克服了以往设计模型的不足之处,体现了发电机的双轴动态特性。仅包含代数运算可分散实现的非线性反馈补偿规律保证了控制器本身的稳定性,真实完整地反映了各机组间的相互耦合作用,从而使模型适用于大型组合电力系统中励磁控制设计的需要。