超导磁储能装置提高柔性直流配电系统稳定性的研究

柔性直流配电系统中定功率控制的换流器具有恒功率负载特性,会降低系统阻尼,对系统的稳定性产生不利影响。针对该问题,在直流配电系统中加入超导磁储能SMES(superconducting magnetic energy storage)装置来提高系统的稳定性。推导了柔性直流配电系统的反馈控制模型,采用频域分析法研究了换流器恒功率负载特性对系统稳定性的影响,并结合数学模型和频域分析,指出SMES装置能够为电网提供正阻尼,增大了系统开环传递函数在剪切频率处的相位裕度,从而改善了系统稳定性。为防止超导磁体两端电压过高,SMES装置与直流配电网连接的DC/DC换流器需具备一定的电压调节性能,因此研究了采用模块化多电平DC/DC换流器DC-MMC(modular multilevel DC/DC converter)的SMES装置,通过调节子模块个数灵活设置换流器电压变比,在实现换流器能量双向流动的同时控制超导磁体两端电压,以保护储能装置。最后通过时域仿真波形验证了采用DC-MMC的SMES装置在提高柔性直流配电系统稳定性方面的可行性和有效性。

基于超导储能系统的电力系统稳定性增强技术研究

随着电力需求较之以往大幅度增长,加之电网结构日益复杂,电力系统稳定性问题愈发突出。超导储能系统(SuperconductingMagneticEnergyStorage,SMES)作为一种高效、快速的储能技术,近年来受到广泛关注。其利用超导体制成的线圈,在几乎无损耗情况下存储电磁能,能够在短时间内为电力系统提供大功率电能补偿,从而有效提高电力系统稳定性。鉴于此,本文超导储能系统的电力系统稳定性增强技术作为研究抓手,系统分析其具有重要的现实意义和应用价值。

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。

直流微网蓄电池-SMES混合储能系统容量配置方法

配置混合储能系统(HESS)可以有效减轻光伏发电输出功率波动性对直流微网的安全可靠运行带来的不利影响。为了更好地利用超导磁储能(SMES)响应速度快、功率密度高、效率高、可以无损储存电能等优点,基于与蓄电池组合而成的HESS的互补特性提出了以提高HESS经济性为目标的能量管理策略。对蓄电池-SMES HESS建立系统全生命周期成本(LCC)模型及其约束条件。对HESS进行容量优化配置可以有效降低系统成本,在满足系统功率要求的前提下,将最小LCC作为目标函数,通过引入加速因子的粒子群算法对系统容量进行配置,并结合算例建立微网模型,验证所提容量配置策略的有效性。

超导磁储能系统(SMES)在高压输电中的应用

概述了国内外的应用研究状况 ,分析了超导磁储能系统 (SMES)的结构及工作原理、经济和技术可行性。说明SMES能为电力系统提供快速响应容量 ,在高压长距离输电的大电网中 ,是一种理想的提高电力系统动态性能和解决系统稳定性的手段 。

基于SMES装置的车网系统低频振荡抑制策略

近年来,我国电气化铁路发生多起因牵引网网压低频振荡导致的机车保护装置误动作事故,对铁路安全运行造成严重的威胁.现有抑制策略多从机车侧开展,通过对机车控制器参数的修订实现抑制效果,但对于铁路行业的长远发展缺乏灵活性.针对车网系统低频振荡问题,提出从牵引网侧外接超导磁储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)的动态抑制方案.首先,分析SMES抑制车网系统低频振荡的原理,根据车网系统低频振荡的走势对其进行分类,并依据振荡类型设定SMES接入准则;其次,建立车网系统等效阻抗模型,结合阻抗比判据和伯德图分析车网系统稳定性,对SMES接入车网系统前后系统稳定性对比分析,验证所提方案的有效性,并与传统抑制方法进行对比,验证所提方案的灵活性;最后,对单车及多车升弓并网情况下的车网系统进行仿真分析.结果表明:SMES装置接入车网系统后可快速有效地抑制车网系统低频振荡.

高温超导磁储能(SMES)磁体直接冷却热输运过程研究

随着高温超导材料与低温技术的发展,采用制冷机直接冷却已经成为高温超导应用的发展方向,而界面热阻则直接影响着超导器件的冷却效率和运行可靠性,因此减小和控制低温界面热阻是实现超导系统直接冷却的技术关键。对直接冷却高温超导磁体从室温冷却到49 K低温的热输运过程进行了理论分析和实验研究,磁体冷却实验结果和理论分析符合较好,通过直接冷却实验所达到的最低温度特性和过程分析,证实从微结构低温工程学的角度研究界面热阻、探索超导直接冷却最佳热耦合机制是高温超导应用基本而重要的科学问题之一。

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,首先秉持“能者多劳”的原则,设置根据储能荷电状态变化的分频点,灵活分配高、低频功率,从而最大限度地利用储能空间;然后基于VRB能量密度大和使用寿命长的特点,在SMES充放电不足时给予援助性功率支撑,协助SMES迅速恢复最佳状态,有利于更加充分地平滑风电功率波动。在MATLAB/Simulink平台上建模仿真,结果验证了所提方法的优越性。

储能技术在新能源电力系统中的应用研究

由于近些年社会发展速度不断加快,在一定程度上也推动了新能源技术的发展进程。因为该技术在使用过程中有着很多的优势,所以也受到了社会各界的广泛关注以及运用。尤其是对于电力行业的发展而言,通过科学合理的运用储能技术能够更好地实现新能源的稳定利用,有助于提升电网稳定性,不但能够使新能源发电更加符合当前社会发展要求,同时也可以进一步提升对能源的利用率,尽可能减小污染问题的产生,保障生态环境与电力产业实现协调稳定的发展。基于此,文章分析了储能技术对新能源系统发展的重要性,研究了新能源电力系统中常用的储能技术,并重点探讨了储能技术在新能源系统中的应用。

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。

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。

超导电力磁储能系统研究进展(一)——超导储能装置

介绍了超导磁储能装置 (SMES)的基本原理、系统组成和发展状况 ,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在电力系统中应用的重要意义 ,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

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。

电力系统稳定控制用高温超导磁储能装置及实验研究

超导磁储能稳定控制装置是将超导电力技术、大功率电力电子技术和控制理论相结合的一种新型电力系统稳定控制装置。它从及时补偿系统中由于各种原因产生的不平衡功率这一个新的角度出发考虑提高电力系统稳定性的问题,可望为解决由于功率不平衡产生的电力系统失稳问题提供一条新的途径。理论研究结果表明,这是一种非常有效的电力系统稳定控制措施。为了促进这一成果的广泛应用,同时进一步研究这种装置在实现过程中可能产生的问题,该作者在实验室环境中研制了一套基于直接冷却技术的高温超导磁储能控制装置样机,并在电力系统动态模拟实验室环境下,对该样机的性能进行了实验,得到了满意的结果。该文在简述利用超导磁储能控制装置进行电力系统稳定控制原理和特点的基础上,详细介绍了研制的高温超导磁储能稳定控制装置实验样机的构成和功率调节特性实验结果,以及将它用于电力系统动态模拟系统进行稳定控制的实验结果。

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。

高温超导飞轮储能系统的发展现状

当高温超导体处于超导态,永磁体的部分磁力线进入到超导体内,由于磁通钉扎的作用,永磁体无需控制而稳定悬浮,这种悬浮特性称为无源自稳定性。高温超导飞轮储能系统安装了无源自稳定悬浮的超导轴承,具有稳定度高、大容量、高效率以及无污染等优势,在风电和太阳能发电、电力系统调峰和电动汽车等方面具有广阔的应用前景。本文概述了高温超导飞轮储能系统的基本工作原理和主要结构,详细论述了高温超导飞轮储能系统的国内外发展现状,探讨了高温超导飞轮储能系统的关键技术、当前的研究热点和特殊应用。

35kJ／7kW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(35 kJ／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。

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。

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。

基于超导储能系统的电网电压快速补偿算法

基于模块化超导储能系统,提出一种电网电压快速补偿算法。当补偿单相电压时,该算法以电网电压的基波为基准得到虚拟的另外两相电压,构成虚拟三相系统,通过dq变换检测凹陷,并与参考信号比较得到谐波和凹陷量。与传统电压控制算法相比,该算法省略了低通滤波环节,简单可靠,避免了补偿单相电压时构造三相系统带来的延时,缩短了系统响应时间。