静止桥接储能装置在电力系统稳定控制中的应用研究

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1、分类号TM76学号D201177287学校代码10487密级公开博士学位论文静止桥接储能装置在电力系统稳定控制中的应用研究学位申请人：施啸寒学科专业：电力系统及其自动化指导教师：王少荣教授答辩日期：2015年5月15日ThesisSubmittedinPartialofFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringResearchontheApplicationofBridge-ConnectedStaticallyControlledEnergyS

2、torageDevicesinPowerSystemStabilityControlCandidate：ShiXiaohanMajor：PowerSystemandItsautomationSupervisor：Prof.WangShaorongHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或

3、集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不保

4、密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学博士学位论文摘要自人类进入21世纪以来，伴随着以新能源和可再生能源逐步代替化石能源为目标的新能源革命的号角，储能技术受到了前所未有的重视，并有了飞速发展。在储能技术中，通过电力电子电路与电网相连的静止桥接储能装置，能够对其与电网交换的有功功率和无功功率进行独立、快速、准确控制，为电力系统运行控制提供了一种灵活的新手段，已成为电力系统稳定控制的一种新的有效工具。因此，研究静止桥接储能装置在电力系统稳定控制中的应用具有十分重要的意

5、义。本文从含静止桥接储能装置的单机-无穷大系统线性化扩展模型入手，以转矩法和状态空间分析法为工具，阐明了静止桥接储能装置影响电力系统动态特性的作用机理。进而，以增加电力系统阻尼和提高电力系统暂态稳定性为目标，对满足工程化应用要求的静止桥接储能装置系统层控制器进行了全面而深入的研究。论文的主要工作及取得的成果包括：（1）以SMES装置为例，推导了静止桥接储能装置主电路标幺值数学模型，并基于该模型，系统且全面地研究了功率调节系统的控制器及其参数整定方法和大容量扩展问题。论证了静止桥接储能装置无论采用基于电流反馈的功率开环控制方式

6、还是采用功率闭环控制方式均可等效为具有一阶惯性环节的可控功率源这一结论，并给出了其惯性时间常数与功率调节系统控制器参数的定量关系。对大容量电压型功率调节系统中的多相斩波器控制问题进行了深入研究，提出了一种新的用于SMES装置的多相斩波器控制方法。该方法通过切换电压控制矢量实现了具有良好抗扰动性能的直流电压控制，并通过电压控制矢量不同开关组合的切换实现了多相斩波器的良好均流。（2）详细阐明了静止桥接储能装置影响电力系统动态特性的作用机理。对静止桥接储能装置有功功率调节和无功功率调节影响电力系统动态特性的不同特点、发电机励磁控制

7、以及阻尼绕组对储能装置作用的影响进行了深入研究。在考虑发电机阻尼绕组对储能装置作用的影响时，提出了一种利用储能装置功率调节到发电机转子电角速度变化量的留数求取功率调节到其产生的电磁转矩变化量传递函数的近似方法，并I华中科技大学博士学位论文对所提方法的准确性和适用性进行了论证。（3）从控制器结构设计、参数整定、控制输入选择、鲁棒性分析等多个方面对满足工程化应用要求的阻尼控制器进行研究。提出了一种计及发电机阻尼绕组影响的阻尼控制器简化设计方法，并通过根轨迹分析论证了所提方法的有效性。得出了有工程实用价值的结论：对于含储能装置的单

8、机-无穷大系统，储能装置采用以Δω或ΔPg为反馈输入的阻尼控制器，能够有效增加电力系统机电模式阻尼；采用ΔPg为反馈输入的阻尼控制器容易引起频率较高的控制器模式失稳或频率稍高的励磁模式失稳，从而限制了储能装置提高电力系统稳定性作用的发挥；储能装置同时利用有功功率调节、无功功率调节增加电力