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。

超导储能系统用多模块电流型变流器载波轮换均流方法

采用载波相移SPWM控制的超导储能系统用多模块直接并联电流型变流器,传统上采用单独调节各个模块调制信号参数的方法实现直流侧均流,但却使交流侧谐波恶化。该文将相移的载波在各个模块间轮换以实现均流,并选择最优的轮换时刻以减少附加的开关操作,通过仿真和实验证明:载波轮换可以在不单独调节各个模块的调制信号参数的情况下实现直流侧均流,交流侧总电流谐波比采用传统均流方法时明显减小,载波轮换导致的附加开关操作次数不显著。

基于混合高温超导储能系统的电网动态功率补偿策略与试验

为实现高温超导储能系统(SMES)对电网功率波动的动态补偿,采用第1代铋系和第2代钇钡铜氧高温超导材料,设计并构建了过冷液氮温区运行、千焦级容量的混合高温超导储能系统。应用数字信号处理器和微控制器的双处理器形式,设计了LCL滤波的电压型SMES变流器的功率控制系统电路,基于空间矢量脉冲调制法(SVPWM),提出了SMES变流器对系统功率补偿的控制方法,并进行控制软件编程,实现对并网侧功率的动态监测和补偿策略的实时计算。最后应用SMES在一条200km输电线路上进行并网动模试验,针对电网负荷变化产生的功率波动状态,实现了毫秒级内对电力系统的快速功率输出和波动抑制,验证了超导储能系统对电网瞬时功率补偿策略和功率补偿变流装置的有效性。

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。

超导储能系统交流侧滤波器设计的几何方法

提出超导储能系统交流侧谐波滤波器设计的几何方法。针对滤波器对电网与超导储能系统基波功率传输的影响，提出了在满足谐波指标条件下，对基波功率传输影响最小的滤波器设计方法。

配电网中高温超导储能系统(HTS-SMES)的电力集成应用

提出了一种用于配电网模块式集成的高温超导储能系统(HTS-SMES),设计了级联式1MJ/500kVA/10kVHTS-SMES的系统结构和运行原理。模块式高温超导储能系统(SMES)的电力集成主要包含3部分,一是MJ级的高温超导储能磁体,设计了12单元模块组合式环形高温超导储能磁体,解决了其漏磁场问题;二是用于磁体直流电流与逆变器直流电压变换的DC-DC换流器,提出了一种不对称级联式电流调节器,解决了其关断损耗问题;三是用于直流电压与交流电压变换的并网DC-AC逆变器,采用了级联式逆变器结构,解决了高压和波形质量。最后,对于1MJ/500kVA/10kV模块式集成SMES进行了仿真试验,验证了其有效性。

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序设计方法。补偿电压实验波形表明该变流器具备应用高温超导储能系统进行动态电压跌落补偿的性能要求。

用于10 kV变电站的超导储能系统的监控系统设计

超导储能系统(SMES)中包括高温磁体系统、DC/DC变换系统、换流器输出系统等几大部分,系统的安全稳定高效运行建立在各个子系统的正常工作的基础上。针对1MJ/500kV·A/10kV超导储能系统中各个子系统复杂的运行状态和大量的系统运行数据需要实时进行监控的问题,设计了一套基于CAN总线技术的新型监控系统,并给出了该系统的硬件组成、软件设计及实现方法。实验证明该系统能够可靠地完成监控目标。

超导储能系统用高速晶闸管驱动电路研究

本文简要介绍了晶闸管触发电路的基本要求和目前常用的方法。详细讨论了高频晶闸管的两种驱动电路,给出了实验波形,并作了对比,分析了其优缺点。本文结合超导储能的实际应用,设计了高频晶闸管触发电路。

超导储能系统的磁屏蔽

以单螺管线圈为基础的超导磁体储能系统由于具有较大的漏磁场，使其应用范围受到了限制。本文比较了磁屏蔽的几种常规方法，提出了适合超导储能磁体的屏蔽方式——多螺管线圈系统，并将多螺管线圈系统和单螺管系统进行了主要性能上的对比，最后指出了多螺管线圈系统实际应用中还需解决的一些问题。

基于PI控制器的超导储能系统功率调节研究

SMES功率调节系统由一个双向电压源变换器(VSC)、一个双向斩波器和一个超导线圈组成,主要用于非线性和脉动负载的补偿。论文设计了一种同时兼作并联型有源电力滤波器和功率调节器的超导储能控制器。采用两个滞环控制器为两个双向变换器产生脉冲,以获得任意负载条件下的正弦输入源电流,并维持超导储能器的充放电循环。

基于混合高温超导材料的高温超导储能系统顺利完成并网动模实验

2011年5月24日，中国电科院电工与新材料研究所（超导电力研究所）历时两年时间自主研发的高温超导储能系统在国家电网仿真中心电力系统动态模拟实验室成功实现了并网功率补偿。实验的成功，标志着中国电科院在高温超导储能系统电力应用技术领域取得了阶段性突破，其成果可为国家电网公司下一阶段开展超导电力应用技术的科研、试验示范运行、系统的分析与评估奠定坚实的基础。该高温超导储能系统是我国首个应用第一代铋系和第二代钇钡铜氧混合超导体构造的干焦容量高温超导储能系统，

高温超导储能系统完成并网动模实验

据《国家电网报》2011年6月1日报道：5月24日,中国电力科学研究院历时2年自主研发的高温超导储能系统,在电力系统动模实验室成功实现了并网功率补偿。

超导磁储能系统自抗扰控制策略研究

针对电压源型换流器VSC(voltage source converter)的超导磁储能SMES(superconducting magnetic energy storage)系统,提出了一种自抗扰控制ADRC(active disturbance rejection control)策略。首先,分别建立了SMES的交流侧VSC、直流侧斩波器数学模型;其次,基于非线性扩张状态观测器和线性误差反馈律设计了SMES的交、直流侧ADRC;然后,通过描述函数法分析了ADRC的稳定性;最后,在Matlab/Simulink平台中搭建了仿真模型。仿真结果表明,与传统PI控制相比,ADRC具有更好的动态响应性能和抗扰动特性,并针对不确定的系统参数具有更好的鲁棒性,有效地提高了SMES的运行可靠性。

基于电压补偿原理的超导储能-限流集成系统

基于电压补偿原理,将串联式超导储能系统和限流电抗器集成起来,提出了一种超导储能- 限流集成系统(SMES-CL)。该系统不仅解决了限流电抗器带来的稳态无功压降问题,而且解决了串联式超导储能系统保护困难的问题。它既可以快速自动投入限制故障电流以保护整个变电站和自身,还可以对系统进行功率补偿以提高电能质量。文中分析了SMES-CL的集成结构,对于它的工作原理,包括稳态补偿原理和故障限流原理进行了讨论。在一个SMES-CL模型样机上进行了试验,验证了它的有效性。

面向风电场的超导限流-储能系统

双馈式感应发电机具有体积小、重量轻、成本低等突出优点,目前已成为风电场中的主力机型。然而双馈式感应发电机存在低电压穿越能力弱和功率输出不稳定两大问题。为了同时解决这两个问题,提出了集成于单台风力发电机的超导限流—储能系统原理。进一步将该原理运用于风电场,并开展实际样机的研制。分析了超导限流—储能系统在风电场应用的工作原理,提出了适用于风电场的拓扑结构和其中桥路型限流器的参数设计方法,并开展了针对实际风电场应用的仿真研究。仿真结果证明了该方案的有效性和可行性。

基于超导储能的直驱风电系统功率平滑控制

针对并网运行直驱风力发电系统输出有功功率的波动问题,对变换器直流环节并联超导储能系统的控制方式在计及风速模型的基础上做进一步的分析,并对超导储能系统斩波器提出双闭环加脉冲判断的控制策略,确保超导磁体线圈电流水平,使超导储能系统可以快速、准确地吞吐能量,保证直驱风力发电系统在最大限度捕获风能的同时,向电网输送较为平滑的有功功率。对增加超导储能系统的直驱风力发电系统的建模仿真结果,说明了该方法的正确性和有效性。

超导储能提高直驱风电系统低电压穿越能力的控制策略

针对电网故障、扰动引起的电网电压跌落给并网运行的永磁直驱风力发电系统带来的问题,应用超导储能系统提高永磁直驱风力发电系统的低电压穿越能力.研究永磁直驱风力发电系统以及超导储能系统的数学模型,设计相应的控制策略.利用Matlab/Simulink工具箱搭建系统仿真模型,给出不同电网电压跌落状况下,添加超导储能系统前后的仿真实验结果,并对实验结果进行对比分析.结果显示,当电网电压跌落时,超导储能系统能迅速平衡直流母线的功率变化,使直流母线电压保持稳定,直驱风电系统低电压穿越能力得到一定的提高.

超导限流-储能系统风电场应用分析

风力发电所面临的两大重要问题是低电压穿越能力弱和功率输出不稳定。为了同时解决这两个问题,我们提出了超导限流-储能系统,并进行了单机系统的仿真研究,证实了该方案的有效性。然而对于风电场的应用,目前尚无研究。本文将超导限流-储能系统的应用扩展到风电场,分析了其提高低电压穿越能力和稳定有功功率输出的机理,并进行了仿真研究。从仿真结果来看,超导限流-储能系统能够同时提高风电场所有风机的低电压穿越能力,并能有效地平滑整个风电场的有功输出功率。考虑不同风机的互补效应,将该系统应用于风力发电场与直接应用于单台风机相比,其储能量和功率输出的要求可以大大降低,从而可以有效地减少系统总成本,因而具有更好的应用前景。

超导储能系统的研究现状及应用前景

超导磁储能系统将电磁能存储在超导储能线圈中,具有反应速度快、转换效率高、快速进行功率补偿等优点,在提高电能品质、改善供电可靠性及提高大电网的动态稳定性方面具有重要价值。概述了超导储能系统的工作原理、研究现状及优缺点,并展望了其未来应用可能性及发展方向。