smes变流器控制策略的研究

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1、四川大学本科毕业论文SMES变流器控制策略的研究SMES变流器控制策略的研究专业：电气工程及其自动化学生：林晓冬指导老师：雷勇[摘要]不可再生能源的过度使用造成了资源短缺、环境污染、改变地球环境的基本结构等诸多的危害。在强调可持续发展的今天，那些不可再生资源已经逐渐开始被新能源所取代。所以开发应用于新能源的储能技术，是保证国家电力可持续发展的一项战略性政策。由于超导磁储能系统(SuperconductingMagneticEnergyStorageSystem,SMES)具有储能容量大、转换效率高、快速响应指令的性能，所以它可以

2、和电网之间进行快速高效地功率交换。并且SMES在电力系统中的应用对提高电力系统稳定性，改善电能质量，发展新能源技术中都发挥着重要的作用。首先，文中概述了SMES在电力系统中的研究现状以及应用前景。通过与电流源型变流器进行详细的比较分析，最终选择了电压源型变流器作为基本的研究对象。其次，本文研究了基于坐标变换下的SMES电压源型变流器的数学模型与工作原理，为本文关于SMES控制策略的研究提供了理论依据。又深入研究了空间电压矢量调制方法，并以控制电流为目的研究了变流器及其斩波器的控制策略。其中变流器控制分别从双环PI控制、状态反馈控

3、制两种控制策略进行了研究。斩波器建立了电流环与电压环，它们分别在磁体充电与放电的时候进行切换控制，以实现对电流的控制以及直流侧电压的稳定。然后，在基于电流控制的SMES变流器控制策略的研究基础上，改进并提出了一种以控制磁体与电网功率交换为目的的SMES变流器的控制策略。SMES变流器接收系统发出的功率指令，通过将磁体功率的标幺值转化为占空比进而控制斩波器IGBT管的开断状态，磁体进行相应的充放电，以实现直流侧电压的稳定以及SMES对系统功率指令的快速响应。最终，把本文建立的基于功率控制下的SMES用作抑制风光互补发电系统产生的功

4、率波动。通过变流器与斩波器的协调控制，仿真实现了SMES与电力系统进行大小可控的、快速、双向的功率交换，并对假设的风光互补发电系统产生的功率波动有很好的平抑效果。本文的仿真模型都是通过MATLAB/Simulink进行搭建。仿真结果验证了本文设计的控制策略可以实现SMES与电力系统进行单位功率因数下快速、可控的功率交换。[关键词]超导磁储能系统；电压源型变流器；斩波器；PI控制；功率控制43四川大学本科毕业论文SMES变流器控制策略的研究第一章绪论1.1研究背景与意义电力工业是我国的支柱产业，在国民经济中占据了非常重要的地位。最

5、近，国家标准化体系建设发展规划印发，能源领域提出了要加强特高压及柔性直流输电、智能电网、微电网及分布式电源并网、电动汽车充电基础设施标准修订，研究大规模间歇式电源并网和储能技术等标准[1]；通过国家制定标准化体系建设的规划，可以看出关于微电网、新能源并网是之后电网改造中重点发展的对象，而SMES在电力系统中的应用，恰好在其中有一个非常广阔的应用前景。在2016年9月即将于澳大利亚伍伦贡大学举行的电力系统技术国际会议(POWERCON2016)上，也将以电网现代化的新兴趋势为背景，探讨微电网、智能电网、分布式发电技术在未来发展可持

6、续的能源系统时所面临的问题与解决方案。自从1911年Onnes发现了某些物质在一定温度条件下，电阻降为零的特殊导电性能后[2]，人们认识到将超导材料做成储能装置将会大大降低损耗，但是由于基本理论和材料上的种种困难，一直未得以实现。1969年，Ferrier提出了超导磁储能系统(SuperconductingMagneticEnergyStorageSystem，简称SMES)的构想[3]，他设想利用SMES来平衡法国一天的日负荷变化，最终因造价太高并未实现，但是从此SMES进入了人们的视线，来解决电力需求变化的各种问题。随着我国

7、工业水平的提高，电能质量的要求变得越来越高。SMES不但为电力系统充当了备用电源，而且还提高了电力系统的安全性、灵活性。电力电子技术以及高温超导储能技术的高速发展，为SMES的研究提供了非常大的帮助。关于SMES在电力系统中的应用，国内外已经做了相关的一些研究，但是进行SMES及其并网的基础研究还是非常有必要的，其中还有很多需要完善的地方。SMES构成的装置，由于超导体的电阻为零，利用超导线圈以电磁能的方式储存电能，能量储存时的损耗非常小，SMES装置的利用效率高达90%以上，且响应速度快(最快可达到毫秒级)，可构成大功率、大容

8、量系统[4]。由于其与电网的功率交换非常迅速，随着最近的电力电子技术飞速发展，通过电力电子器件与技术的支持，SMES能同时与系统独立地进行四象限的有功、无功的功率交换。在国外的实验中，已经证实了其快速响应以及独立地于四象限内调节功率的能力。其后人们开始进行其对于