超导储能用电压型大功率换流器技术

在500 kVA超导储能系统研制中,为了选择合适的功率变换电路拓扑,使系统具有更高的电压等级和灵活性,比较了近年来国内外采用的几种电压型换流器。针对超导储能特点及其在电力系统中承担电能质量调节的要求,分析了传统2电平桥式换流电路、中点钳位型多电平换流电路以及级联型多电平换流电路的性能。分析结果表明,对于大功率超导储能装置,级联型多电平换流电路在电压等级、控制精度及结构灵活等方面均优于另外2种换流器拓扑,采用级联型换流器的超导储能系统实现了模块化构造,可以实现系统冗余及容错运行。仿真结果证实模块化超导储能系统能够在较低工作频率下精确控制电压质量。     

级联型换流器在超导储能系统中的应用

超导储能用大功率换流器的选择直接影响了超导储能系统的工作性能。比较了近年来常用的大功率换流电路的特点,阐述了采用级联型电路作为超导储能用大功率换流器的思路,并给出了级联型模块化的超导储能电路拓扑结构。提出了超导储能装置低延迟电压补偿算法及谐波提取算法,并进行了原理仿真,结果表明超导储能系统采用级联型换流器能够有效地进行有源滤波和电压补偿工作,使电压暂降得到快速补偿,并基本上消除了系统谐波。     

电压型超导储能系统的统一直接功率控制方法

将PWM整流器的直接功率控制方法用于电压型超导储能系统的电压源型换流器，给出了新的开关矢量表，并提出了斩波器的直接功率控制方法。文中的电压源型换流器和斩波器的直接功率控制方法以有功功率为纽带，可对超导储能系统进行一体化的功率控制。仿真结果表明，该控制方法具有良好的控制性能，十分适用于电压型超导储能系统。     

级联型超导储能系统的整体协调控制方法

提出了级联型超导储能系统的整体协调控制方法，当系统未产生电压凹陷时，级联型逆变器通过相位控制实现对超导磁体的充电和电流维持；当系统产生电压凹陷时，通过状态空间反馈的方法迅速实现完全补偿，以保护电压敏感的负载；当凹陷解除时，又通过相角的渐变从电网吸收能量，以补偿超导磁体中能量的消耗。同时，在电流调节器的控制中，采用统一PI电压控制模式以保持级联逆变器直流母线电压的稳定。系统仿真结果表明，本文提出的方法控制电压凹陷的效果较好。     

超导限流储能系统的建模与优化

超导限流储能系统(SFCL-MES)是将超导储能系统与桥路型超导限流器集成起来实现的，二者共用一个超导磁体。文中分析了SFCL-MES的集成建模与优化的原理。根据SFCL-MES的限流集成原理，提出了它的限流集成模型。基于SFCL-MES在故障限流时的动态拓扑分析，建立了它的动态数学模型。在此基础上，根据不同的优化目标，建立了相应的优化模型，并对优化结果进行了比较分析。最后对于SFCL-MES集成后可以减小超导磁体容量的原理进行了讨论。     

可同时补偿电压不平衡的串联型有源电力滤波器

文章中的串联型有源滤波器是与无源滤波器配合使用的,它除了可以改善无源滤波器的滤波效果之外,还可以同时补偿三相中点接地系统中的电源电压不平衡.提出的检测电流谐波和电压中负序零序分量的方法都基于瞬时无功功率理论,检测算法较为简单并且实时性好.最后仿真结果验证了检测算法的正确性.     

基于EVSS-LMS算法的三相幅相锁相系统

传统硬件锁相环无谐波畸变抑制能力且只能跟踪单相电压相位,无法有效提取三相正序分量相位的信息。文中为了适应三相电网的数学模型,将传统的变步长最小均方根算法从单输出系统扩展到多输出系统,提出一种三相幅相锁相系统。该系统根据电网电压谐波含量可自适应地调整步长值,从而实现了对谐波干扰有较好的抑制能力;同时,在电压突变等异常情况,对步长值进行重置,提高了对异常情况的处理速度,从而对于电压暂降等场合具有较快的响应速度。实验结果表明,该幅相锁相系统不仅具有较好的谐波和三相不平衡适应能力,而且能近乎无延迟地反映三相系统正序电压分量幅值和相位的变化,可广泛运用于与三相电网相连的电力电子装置。     

用于SMES的电压型换流器试验研究

为实现超导储能装置(SMES-Superconducting Magnetic Energy Storage)与输配电网之间的协调作用,达到提高电网输送容量、暂态稳定性和电压稳定性,提高配电网电能质量的目的.根据SMES的结构特点,结合目前大功率电力电子器件以及电路拓扑的发展趋势,设计了一台三单相H桥分立控制的电压型换流器(VSI-Voltage source inverter)及其控制系统平台.该电压型换流器采用三相器件独立运行结构,控制系统采用数字信号处理器(DSP-Digital Signal Processing)设计,在功能上实现了对串联于电力线路的注入电压幅值和相位的灵活控制,最后给出了一台20 kW电压型换流器原理样机对母线电压补偿功能的试验结果,试验结果表明,该电压型换流器可以满足超导储能系统的需要.     

用于超导储能系统的电流调节器试验研究

为实现超导线圈和电网之间的快速双向转换,设计了一种由电压型变换单元、高频变压器单元、电流型变换单元3部分构成的电流调节器.该电流调节器通过控制它和电压型换流器连接处的电容电压值来调节超导磁体充放电的方向,并采用双极性控制.最后给出了1台600W的电流调节器样机的试验结果,试验结果表明,该电流调节器可以满足超导储能系统的需要.     

超导储能用大功率换流器及其控制技术

根据超导储能系统的研制现状,阐述了超导储能系统中大功率换流器技术的发展,比较了近年来采用的电压型大功率变换流电路的优缺点以及控制方式,并在此基础上分析了基于载波调制的相移PWM技术和基于非载波PWM的滑模控制技术的不同控制特点。分析表明,级联型换变流电路拓扑的工作特性及灵活性优于其它常用的电路拓扑,易于构成大功率高性能的超导储能用换变流电路;用于级联型电路的控制策略具有简单可靠等优点。