超导限流储能系统的集成设计与试验

为了试验超导限流储能系统（SFCL-MES）的基本原理，设计了1台220 V/25 A/6 kW的SFCL-MES模型样机。提出了一种用于配电系统的SFCL-MES的系统结构，它由2个串联于变电站负荷的故障限流端口及1个并联于变电站母线的储能端口组成，既可以限制变电站的短路电流，又可以提高整个变电站的供电质量。分析了SFCL-MES的集成设计原理，讨论了SFCL-MES的4个组成部分：双向换流器单元、双向电流调节器单元、全波整流桥单元以及高温超导磁体单元的设计结构以及主要参数。在模型上对SFCL-MES的故障限流原理进行了试验，初步验证了它的有效性。     

超导限流储能系统的原理与有源限流仿真

基于限流集成原理与储能集成原理，共用一个超导磁体，将桥路型超导故障限流器（BSFCL）与超导储能系统（SMES）集成于一体，构成了超导限流储能系统（SFCL-MES）。该系统解决了桥路型故障限流器不能限制故障电流稳态值以及超导储能在系统故障时的补偿容量过大的问题。所提出的SFCL-MES既可以限制故障电流峰值和稳态值，也可以补偿系统电压，提高了超导磁体的利用率。文中分析了SFCL-MES的有源限流的原理，给出了它的有源限流等效模型。在此基础上，提出了SFCL-MES的有源限流的2种实现方法：有源电阻限流和有源电压限流。在PSIM上对SFCL-MES有源限流的各种方式进行了仿真。仿真结果验证了它的可行性。     

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。     

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20 kJ/15 kW SMES 装置的仿真和实验结果。     

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600 W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。     

基于超导储能的电力系统静态安全性在线评估

研究了超导储能(SMES)技术在电力系统静态安全性在线评估方面的应用。与SMES在电力系统中的其他应用（如储能和电力系统稳定控制等）不同，这种新的应用利用SMES灵活的能量输出方式，输出特定波形的功率信号作为扰动源，在不影响电力系统安全运行的前提下，激起系统在此工作点的振荡模式，通过对电力系统各节点频率响应曲线的检测和分析，得到潮流或结构变化时振荡模式的变化，从而进行在线的电力系统静态安全监测和评估。     

超导电力磁储能系统研究进展(二)——能量控制装置

对电力系统中超导磁储能（SMES）装置采用的电力电子技术的一般结构与原理进行了综述，对其关键的功率调节系统（PCS）做了详细的讨论，并给出了一些模拟试验结果。最后针对我国研究现状，提出了PCS进一步发展的方向。     

基于超导储能的瞬时电压跌落补偿

超导储能（SMES）是解决瞬时电压跌落问题的一种很有前途的方案。由于SMES自身的特点，基于SMES的瞬时电压跌落补偿装置在主电路结构、参数设计、补偿原理和控制方法上均不同于传统的动态电压恢复器。为了保护一个110 kVA的重要负载不受瞬时电压跌落的危害，一套基于SMES的瞬时电压跌落补偿系统正在开发中。该系统主要由0.3 MJ超导线圈、200 kVA绝缘栅双极晶体管（IGBT）电流型变流器和2.5 mH移相电抗器组成。文中通过理论分析和仿真计算介绍了系统主电路的工作原理及参数设计。为实现瞬时控制和获得更高的响应速度，采用了直接电流脉宽调制（PWM）开关策略。开环仿真结果表明，系统可以满足瞬时电压跌落的补偿要求。     

超导磁悬浮飞轮储能的基本原理和发展现状

普通的飞轮储能由于机械轴承的摩擦，难以实现高效、长时间储能。利用超导体可以实现低损耗磁悬浮飞轮储能。文中在介绍飞轮储能和超导磁悬浮轴承原理的基础上，分析了超导磁悬浮飞轮储能的基本特性和发展现状，同时阐述了超导磁悬浮飞轮储能的主要技术课题。     

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。     

分散励磁与超导储能装置的干扰抑制控制

提出了一种新的设计多机电力系统中励磁和超导储能装置的分散L₂增益干扰抑制控制器的方法。文中首先建立了含超导储能装置的多机电力系统的动态模型，继而利用递推方法设计励磁和超导储能装置的增益干扰抑制控制器，所得控制器可以利用本地测量量实现。计算机仿真结果说明了所设计的控制器可以提高系统的暂态稳定性，显著改善系统的动态性能。     

电压源型超导磁储能装置特性的全时域仿真研究

介绍了电压源型超导磁储能装置（VSMES）的基本结构和工作原理，在Matlab环境下建立了VSMES的全时域仿真模型，利用所建立的模型对VSMES的稳态和动态特性进行了详细的时域仿真研究。详细分析了一个稳态周期内，各阶段VSMES的物理工作过程和能量流传情况，并在此基础上总结了VSMES系统参数对其特性的影响特点。动态研究着重分析了系统参数对其动态响应的影响，以及在电力系统暂态过程中的作用。所得结论为VSMES系统的设计、运行和参数选择提供了依据。     

20 kJ/15 kW可控超导储能实验装置

介绍了一套可控超导储能（SMES）实验装置。该装置可作为可控超导储能在电力系统中应用的实验研究平台。它包括一个储能量为20 kJ的低温超导磁体和一个15 kW的基于绝缘栅双极晶体管（IGBT）的电流型变流装置。为了减少冷却系统的漏热，超导磁体通过Bi2223带材制成的高温超导电流引线同变流装置连接。变流装置采用双桥型拓扑和PWM开关策略以减少其输出电流中的谐波成分。为了可以执行高速和高精度的控制算法，变流装置的控制系统采用双DSP的控制器。文中还介绍了该实验装置各部分的结构和工作原理，并给出了初步的实验结果。     

电网限流措施的优化配置

提出一种电力系统限流措施的自动优化配置方法,即采用0-1变量模拟各种限流措施的投运与否,采用普通整数变量模拟限流电抗器、故障限流器（FCL）以及高阻抗变压器的容量,形成一个混合整数规划问题,并用分支定界法等求解。用IEEE 9节点系统和中国西部某地区电网19节点系统进行了仿真计算,验证了所提出的方法的可行性。     

用于静态安全在线评估的超导储能装置安装地点选择

利用超导储能（SMES）技术进行电力系统静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，SMES装置安装地点的选择至关重要。文中首先推导了特征值对于负荷变化的灵敏度计算公式，以此为基础，提出了基于灵敏度的子系统划分方法，获得了系统静态安全薄弱区域，并说明了静态安全薄弱区域内SMES装置位置选择的过程。最后以EPRI 36节点系统为例，通过在不同节点安装SMES装置,对比负荷变化时监测节点的频域响应曲线的变化过程，说明了该安装地点选择的正确性。     

给水系统工况动态建模方法

根据给水系统的网络特性，并结合我国实际情况，分析出管网中的压力预报值与系统的工况模型具有明显的相关性，进而提出了充分利用管网现状及历史已知信息的实用动态工况模型，并通过了实际城市的验证，可直接应用于给水系统的优化调度计算中。     

给水系统工况动态建模方法

根据给水系统的网络特性 ,并结合我国实际情况 ,分析出管网中的压力预报值与系统的工况模型具有明显的相关性 ,进而提出了充分利用管网现状及历史已知信息的实用动态工况模型 ,并通过了实际城市的验证 ,可直接应用于给水系统的优化调度计算中     

基于超级电容储能的风电场功率调节系统建模与控制

随着风电装机容量的不断提高,风电输出功率的波动性给电网带来的不利影响越来越得到重视。文中介绍一种基于超级电容储能的风电场功率调节系统,利用超级电容器组作为储能元件,平抑风电场有功、无功功率波动,维持风电场输出端电压,降低风电场对电网电能质量的影响。基于功率调节系统的结构特点和工作原理,提出了一种网级控制、超级电容能量管理和变流器控制相结合的控制策略,并建立了变流器的动态小信号模型,进行了环路控制器设计。利用仿真软件PSCAD/EMTDC对系统的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。     

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。