超导磁储能装置提高柔性直流配电系统稳定性的研究

作     者：李岚 丁安敏 田洪英 张彦 张奎同 马文忠 LI Lan;DING Anmin;TIAN Hongying;ZHANG Yan;ZHANG Kuitong;MA Wenzhong

作者机构：中国石油大学(华东)新能源学院青岛266580 山东能源集团济南273500 

出 版 物：《电源学报》 (Journal of Power Supply)

年 卷 期：2024年第22卷第2期

页      面：250-262页

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51777216) 山东省自然科学基金资助项目(ZR2018MEE040,ZR2019MEE094) 

主　　题：柔性直流配电系统 超导磁储能 小信号稳定性 反馈控制模型 模块化多电平DC/DC换流器 

摘      要：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。