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电力自动化设备 2020年第8期40卷 54-61页

作者：雷勇刘晖朱英伟林晓冬四川大学电气工程学院四川成都610065 国网四川成都供电公司四川成都610041

为实现超导磁储能系统(smes)的大规模可扩展式应用,提高控制系统的动态性能和鲁棒性,改进级联型smes变流器的电路拓扑,并设计基于无源控制器的总分式功率控制策略。采用二阶广义积分构造虚拟轴,实现单相电路的坐标变换;证明了无源系统... 详细信息

为实现超导磁储能系统(smes)的大规模可扩展式应用,提高控制系统的动态性能和鲁棒性,改进级联型smes变流器的电路拓扑,并设计基于无源控制器的总分式功率控制策略。采用二阶广义积分构造虚拟轴,实现单相电路的坐标变换;证明了无源系统反馈互联后仍保持端口受控哈密尔顿模型结构的特征,分别在交、直流侧设计控制策略,降低了控制设计的复杂度;提出总分式功率控制策略,实现系统并网总功率和各级联模块分功率的独立控制;分别在交、直流侧设计无源控制器,提高了系统控制的动态性能和稳定性。仿真分析验证了模块化级联型smes变流器及其总分式功率无源控制策略的有效性。系统具备模块化特征,可实现灵活扩展以及各超导磁体功率的独立控制,并具有更快的响应速度、更小的超调量和更好的并网电流质量。

关键词：级联型smes 变流器可扩展无源控制器端口受控哈密尔顿模型功率控制

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微电网储能系统无源控制策略研究

微电网储能系统无源控制策略研究

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作者：刘晖四川大学

学位级别：硕士

为促进能源电力的低碳化转型,提高风电、光电等清洁能源的利用率,微电网技术日益受到人们的重视。在微电网中,通过设置储能系统,可以实现功率灵活控制,更好满足分布式发电单元的并网要求。不同的储能系统各具特点,其中,绿色环保、响应... 详细信息

为促进能源电力的低碳化转型,提高风电、光电等清洁能源的利用率,微电网技术日益受到人们的重视。在微电网中,通过设置储能系统,可以实现功率灵活控制,更好满足分布式发电单元的并网要求。不同的储能系统各具特点,其中,绿色环保、响应速度快、充放电次数无限的超导磁储能系统(superconducting magnetic energy storage,smes)是功率型储能系统中十分具有发展应用前景的一种储能系统。本文针对微电网储能系统,从smes模块化拓展、非线性控制策略、微电网控制等方面展开研究。超导磁体通过变流器与电网相连,变流器是实现功率传输、能量交换的枢纽。传统的smes变流器难以实现拓展,制约了超导磁储能系统的灵活应用。为了实现超导磁储能系统在各电压和功率等级以及在单相、三相系统中的灵活应用,本文改进了smes变流器,设计了模块化级联型smes变流器。针对所研究的模块化级联型smes变流器,分析了其工作原理和具有的优势,建立了模块化级联型smes变流器的数学模型。变流器的模块化结构,为实现超导磁储能系统的灵活拓展提供了可能,也将有助于降低超导磁储能系统的成本,从而促进超导磁储能系统的应用。另一方面,变流器控制性能会直接决定储能系统的应用效果。为改善系统控制性能,本文研究了基于端口受控哈密尔顿(port-controlled Hamiltonian-with-dissipation,PCHD)模型的无源控制策略。首先,介绍了基于PCHD模型的无源控制的基本原理;其次,针对本文所提的模块化级联型smes,设计基于总功率和分功率两个无源控制器的总分式功率无源控制策略,实现了smes并网总功率与各超导磁体分功率的分别控制。通过仿真分析,验证了所提模块化级联型超导磁储能系统变流器及其总分式功率无源控制策略的正确性,系统可以在超调量、动态响应速度、稳定性、鲁棒性等方面实现较好的性能,可以实现总功率与分功率的灵活控制,可以实现单相、三相系统中的灵活应用,可以有效平抑风电场的功率波动。此外,在微电网中,电池储能、超级电容储能、超导磁储能等多种储能系统都可以电压源的方式接在储能变流器直流侧。因此,本文研究了基于T型三电平变流器(three-level T-type converter,3LT2C)的电压源型储能变流器通用接口,并提出了双无源控制策略,以确保微电网在孤岛启动、孤岛负荷投切以及孤岛/并网运行模式切换等不利时刻母线电压、频率的稳定。将本文所提的基于孤岛电压环无源控制器和电流环无源控制器的双无源控制策略,与传统的控制策略进行对比,验证了本文所提的双无源控制策略可以在各种不利时刻更好维持微电网母线电压和频率的稳定,可以在孤岛/并网运行模式转换时实现更平滑的切换。

关键词：微电网级联型smes 无源控制主从控制功率控制

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