基于可控超导储能的波动负载补偿

提出了一种应用可控超导储能(SMES)装置对波动负载进行补偿的方法。它可以使电网输入的有功功率保持恒定,同时对负载的无功功率进行补偿以提高功率因数。为了有效地进行功率控制,SMES装置的变流器采用电流源型的拓扑结构并与负载并联连接,同时采用闭环控制方法以提高系统的动态性能。为减小交流电流谐波成分,采用了优化脉宽调制开关策略。最后给出了一套20kJ／15kW SMES装置的仿真和实验结果。     

模块化级联型SMES变流器及其总分式功率无源控制策略

为实现超导磁储能系统(SMES)的大规模可扩展式应用,提高控制系统的动态性能和鲁棒性,改进级联型SMES变流器的电路拓扑,并设计基于无源控制器的总分式功率控制策略。采用二阶广义积分构造虚拟轴,实现单相电路的坐标变换;证明了无源系统反馈互联后仍保持端口受控哈密尔顿模型结构的特征,分别在交、直流侧设计控制策略,降低了控制设计的复杂度;提出总分式功率控制策略,实现系统并网总功率和各级联模块分功率的独立控制;分别在交、直流侧设计无源控制器,提高了系统控制的动态性能和稳定性。仿真分析验证了模块化级联型SMES变流器及其总分式功率无源控制策略的有效性。系统具备模块化特征,可实现灵活扩展以及各超导磁体功率的独立控制,并具有更快的响应速度、更小的超调量和更好的并网电流质量。     

蜂巢状有源配电网中多端口能量枢纽控制策略

作为一种适应高比例分布式新能源接入的新型配电网架构,蜂巢状有源配电网利用多端口能量枢纽(multi-port energy hub,MEH)可实现多微电网/配网单元间功率的互联互济,如MEH中包含储能设备,可以进一步提升新能源利用率和电网可靠性。文中提出一种含储能的MEH及其分层协调控制策略。上层控制根据储能系统的荷电状态和配电网运行状态协调控制储能变流器与各并网端口变流器之间的功率分配,使得MEH在平抑新能源波动、配网故障恢复等运行模式下均能够对内部储能系统进行能量管理。下层控制通过将储能变流器有功功率的微分值反馈至储能系统控制环路进行补偿,提高储能变流器输入/输出有功功率响应速度。文中设计了MEH控制系统关键参数,利用MATLAB/Simulink对MEH在配电系统中的应用进行仿真。不同工况下的仿真对比验证了所提分层协调控制策略的有效性,证明该策略能够延长储能系统工作时间,提高储能系统有功功率变化率,减小直流母线的电压波动。     

基于可变分频点的SMES-VRB混合储能系统在风电并网中的应用

为了平抑风电并网引起的功率波动,以超导磁储能(SMES)和全钒液流电池(VRB)组成的混合储能系统(HESS)为研究对象,针对变流器控制设计了基于径向基函数(RBF)神经网络的比例积分控制器,可根据HESS的动态辨识结果实时改变控制参数,有利于HESS功率指令跟踪和直流侧电压稳定.针对风电的功率分配,采用小波包分解,首...     

高温超导储能变流器的LC阻尼滤波器设计

为了抑制高温超导储能电压型变流器的输出电压谐波,设计了带阻尼效应的LC低通滤波器。文中分析了滤波器的原理及传递特性,进行了正弦脉宽调制波的谐波分析,通过控制滤波网络的基波衰减因数确定了LC阻尼滤波器的参数,最后将其应用于高温超导SMES的电压跌落补偿试验。试验结果表明,LC阻尼滤波器在SMES变流器系统中能起到良好的滤波效果,提高了SMES系统的动态响应能力和稳态性能。     

基于T型三电平变流器的超导磁储能系统及其能量成型控制策略

基于T型三电平拓扑的变流器结合了传统两电平和三电平变流器的优点,可以改善并提高系统的输出特性和运行效率,有效降低功率开关管的电压应力和导通损耗。超导磁储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)系统拥有很高的功率密度,作为新型储能装置应用于电力系统是未来的必然趋势。提出了一种基于T型三电平变流器的新型SMES拓扑结构,针对其运行过程中的非线性特性进行了端口受控哈密尔顿建模,并设计了SMES基于反馈互联结构的能量成型控制策略。仿真结果表明,基于能量成型控制及T型三电平拓扑的SMES具有较小的谐波畸变率和很好的功率跟踪性能。将其应用在风力发电系统中,有效平抑了风电波动,增强了风电场的并网能力。     

基于T型三电平变流器的超导磁储能系统及其能量成型控制策略EI北大核心CSCD

基于T型三电平拓扑的变流器结合了传统两电平和三电平变流器的优点,可以改善并提高系统的输出特性和运行效率,有效降低功率开关管的电压应力和导通损耗。超导磁储能（superconducting magnetic energy storage,SMES）系统拥有很高的功率密度,作为新型储能装置应用于电力系统是未来的必然趋势。提出了一种基于T型三电平变流器的新型SMES拓扑结构,针对其运行过程中的非线性特性进行了端口受控哈密尔顿建模,并设计了SMES基于反馈互联结构的能量成型控制策略。仿真结果表明,基于能量成型控制及T型三电平拓扑的SMES具有较小的谐波畸变率和很好的功率跟踪性能。将其应用在风力发电系统中,有效平抑了风电波动,增强了风电场的并网能力。     

化学储能功率转换系统的研究

化学储能系统为解决风电、光伏等间歇式新能源大规模并网问题,提供了一种新的解决方案.以某储能型风电场项目为背景,对储能系统功率转换单元(PCS)进行深入研究,采用DC-DC和DC-AC两级变换器的拓扑结构,实现电池侧和电网侧能量的双向流动.搭建了仿真平台,并开发了一套1 MW级的储能变流器单元样机,仿真和实验表明,变流器性能良好,为实现风场功率波动平抑、风场能量调度等高层控制策略,提供了基础平台.     

电压型高温超导储能系统变流器设计与试验

为提高电力系统动态稳定性,实现高温超导储能系统对电网电压跌落的有效补偿,采用三单相H桥型拓扑结构,搭建了一个电压型高温超导储能系统功率变换器.对控制系统、信号调理系统、功率和驱动保护电路进行了设计;基于SPWM脉冲触发方式,应用TMS320F2812型DSP实现了动态电压瞬时跌落补偿的全数字闭环控制,给出了相关的软件程...     

35 kJ/7 kW直接冷却高温超导磁储能系统

介绍了直接冷却高温超导磁储能(SMES)系统(35kJ/7 kW)的总体结构和基本试验结果.该系统主要由超导磁体、低温系统、功率调节系统和监控系统组成.实验结果表明,通过直接冷却将储能磁体成功冷却到了20 K以下;储能磁体的直流临界电流达到150 A,临界储能量84 kJ,磁体中心场强4.5 T;监控系统和变流器能控制SMES与系统快速独立地在四象限进行有功功率和无功功率交换;在电力系统动态模拟实验中,SMES能有效抑制电力系统中因发电机机端短路故障引起的功率振荡.     

带储能的双馈风力发电系统控制策略

提出了一种将储能装置接入传统双馈风力发电系统背靠背变换器直流侧的新型双馈风力发电系统,通过对已有的背靠背变换器实施功率控制策略,可以有效地抑制风速随机化引起的风力发电系统并网点输出功率的波动。在分析系统构成及功能的基础上,提出了背靠背变换器相应的功率控制策略,并根据所建立的新型双馈风力发电系统的控制模型,在EMTDC/PSCAD仿真环境以及3kW双馈风力发电系统实验平台下进行了详细的研究和分析。研究结果表明,在风速波动的情况下该系统能够按照优化控制策略得到平滑的功率输出,实现风速的去随机化过程。     

具有无功补偿功能的单相并网变流器矢量控制方法

针对单相并网变流器在电压信号突变情况下传统虚构方法存在延时问题,提出一种新型矢量控制方法。在建立单相变流器数学模型基础上,利用相线电压的相量关系,构造出虚拟的三相电压信号。与目前延时3.33ms的瞬时电压dq分解法和延时5.0 ms的αβ检测法相比,实时性明显提高。设计了具有无功补偿功能的单相变流器控制策略。MATLAB/Simulink仿真验证了所提方法的正确性。基于IGBT模块F4-100R12KS4和32位DSP处理器TMS320F2812搭建了实验平台。实验结果表明,系统具有实时无功补偿功能和良好的动静态响应能力。     

变速恒频风机双PWM变换器协调控制策略研究

为解决变速恒频风机运行中转子侧功率变化频繁,直流母线电压波动剧烈的问题,对双PWM变换器控制策略进行了研究。结合双馈电机的特点,得出了母线负载电流的计算方法,并分析了负载电流前馈策略的不足。提出了一种基于动态功率前馈的新型协调控制策略,特点在于选择控制电压节点作为前馈补偿点,避免了电流环的迟延,并且将双馈电机动态信息整合进入网侧变换器的控制当中。最后建立双PWM励磁的风电机组模型进行仿真验证,结果表明新策略极大改善了直流母线动态特性,因此降低了对变换器中电解电容容量的要求,提高了机组的可靠性。     

基于无源控制理论的准Z源超导磁储能系统

超导磁储能(superconductivity magnetic energy storage,SMES)系统通过变流器来实现电网与超导磁体的功率交换。但传统的储能变流器存在输出电压范围有限以及桥臂上下开关易受干扰造成直通而损坏的问题。为实现超导磁储能系统的安全稳定运行,提出了基于双向准Z源变流器(quasi-Z source converter,QZSC)的超导磁储能系统,并针对QZSC-SMES系统的非线性、强耦合特点,在QZSC-SMES系统的交流侧变流器和直流侧斩波器采用基于欧拉?拉格朗日(Euler-Lagrange,E-L)模型的无源控制策略。仿真结果验证了所提QZSC-SMES拓扑及其控制策略的有效性:系统可以快速准确跟踪有功无功指令,相比传统PI控制,系统具有更低的并网谐波含量、更好的动态性能和更强的鲁棒性。     

用于风力发电的矩阵变换器仿真与实验分析

为了使无刷双馈风力发电系统实现变速恒频风力发电,关键在于寻求一种输入输出特性好、电力谐波低、能量可以双向流动"绿色"变换器。应用Matlab/Simulink建立了矩阵变换器系统直接传递函数调制策略的仿真模型,并采用TMS320LF2407数字信号处理器和MAX7000系列的EPM7128复杂可编程逻辑器件设计了矩阵变换器实验系统进行实验,仿真和实验验证了矩阵变换器设计的可行性和正确性,为矩阵变换器应用于无刷双馈风力发电系统奠定实验基础。     

超导储能用级联型大功率换流器控制系统设计

在超导储能系统中换流器与电网相连,使超导储能磁体能够通过换流器与电网进行能量交换,从而实现电网谐波抑制、有功无功补偿等功能.根据超导储能用换流器的特点,结合目前大功率电力电子器件以及电路拓扑的发展趋势,设计了一种结构灵活的换流器控制系统.该控制系统采用数字信号处理器(DSP)与复杂可编程逻辑器件(CPLD)相结合的分离模块式构架设计,在功能上实现了控制系统的算法部分与控制信号产生部分分离、系统的模拟部分与数字部分分离,从而大大提高了控制系统的电气稳定性及系统灵活性.该控制系统还可适用于多种大功率换流设备,因而具有较强的拓展性及通用性.     

永磁直驱风电系统网侧换流器混合控制策略研究

针对永磁直驱风电系统网侧换流器模型存在非线性和强耦合的特点,提出了一种非光滑控制和反推控制相结合的混合控制策略。在dq两相同步旋转坐标系下建立网侧换流器非线性数学模型,采用非光滑控制理论和反推控制方法分别设计了外环直流电压控制策略和内环电流控制策略。在外环控制方面,通过结合非光滑理论的有限时间控制方法和扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对于系统扰动的估计作用,设计了直流电压控制器。在内环控制方面,采用附加扰动补偿的反推控制方法进行设计,利用扩张状态观测器对外部扰动造成的系统内环不确定因素进行估计,将估计量引入到反推迭代控制律的设计中进行补偿,通过选择合适的Lyapunov函数,推导出内环电流反推控制律,使内环系统满足Lyapunov渐近稳定条件。仿真结果表明,与常规的PI线性控制策略相比,所提混合控制策略能够有效提高永磁直驱风电系统在电网扰动时的并网动态特性。     

Comprehensive Power System Stability Improvement with ROCOF Controlled SMES

Abstract

In order to mitigate most power quality issues in renewable power penetrated systems, load frequency control in automatic generation control based power systems and transient stability concerns in any power system, the deviation in frequency at the point of common coupling is chosen as the driving input for SMES active power control (Δf-control). We report a rate of change of frequency (ROCOF) controlled SMES as a resilient damping device to counter exogenous uncertainties in a wind based multi machine system. Primarily, the ROCOF is contingent on the active power mismatch. SMES reference active power command is issued using a genetic algorithm tuned scheme, participating through ROCOF measurement. The non linear action of SMES is realized by controlling the converter firing angles by a smooth four-zone operation, thus determining the voltage applied across the superconducting inductor. While preserving the dynamics of the DC link and supervising the state of charge (SoC) of the inductor, the effectiveness of the aforementioned control strategy is authenticated by performing non-linear simulations in MATLAB/Simulink. In addition, the dominant modes are also tracked and it is found that the percentage increase in aggregate damping ratio is around 133% using the proposed ROCOF-SMES control.     

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。