超导储能用电流调节器充放电数学模型及其控制系统

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1、2007年10月电工技术学报Vol.22No.10第22卷第10期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYOct.2007超导储能用电流调节器充放电数学模型及其控制系统郭文勇赵彩宏肖立业（中国科学院电工研究所北京100080）摘要电压型超导储能系统由电压源换流器和斩波器构成。电压源换流器负责与系统进行有功和无功的交换，而斩波器则用来实现对超导磁体的充放电，以满足系统有功功率的要求。中科院电工所提出了一个带隔离变压器的双向DC/DC形式的电流调节器，实现了斩波器的功能。本文用状态空间平均法建立了电流调节器的充放电小信号数学模

2、型，并在此基础上分别设计了电流调节器的充放电控制器，其中充电控制器采用滞环＋PI调节的方式。针对放电控制，设计了两种三环控制器，并对其进行了分析比较。实验结果证明了该控制器控制性能的有效性。关键词：状态空间平均法小信号数学模型电流调节器超导储能功率调节系统中图分类号：TM461ChargingandDischargingMathModelandControlSystemofCurrentRegulatorforSuperconductingMagneticEnergyStorageGuoWenyongZhaoCaiHongXiaoLiye（InstituteofEl

3、ectricalEngineeringChineseAcademyofSciencesBeijing100080China）AbstractThevoltagesourcetypesuperconductingmagneticstoragesystem（V-SMES）iscomposedbyavoltagesourceconverter（VSC）andachopper.TheVSCisusedtoexchangetheactiveandreactivepowerwiththeutilityandthechopperisusedtochargeanddischarge

4、thesuperconductingmagnetandprovidetheactivepowerfortheutility.Abi-directionalDC/DCtypecurrentregulator,whichisusedtoplaytheroleofchopper,hasbeenproposedbytheInstituteofElectricalEngineeringChineseAcademyofScience.Inthispaper,state-spaceaveragingmethodisusedtoestablishthesmallsignalmode

5、lofcurrentregulator.Basedonthesemodels,charginganddischargingcontrollersforcurrentregulatorisproposed.HysteresisplusPIcontrolmethodisusedinthechargingcontroller,andtwokindsofthree-loopdischargingcontrollerareproposedandcomparedinthispaper.Experimentalresultsdemonstratethegoodperformanc

6、eofthesecontrollers.Keywords：State-spaceaveragingmethod,smallsignalmodel,currentregulator,superconductingenergystorage（SMES）,powerconditioningsystem（PCS）②电压源换流器和斩波器相组合的形式。电流源换1引言[6]流器形式的PCS最先为人们所使用，但是总的来超导储能技术可以提高电网的稳定性、改善电说，电压源换流器形式的PCS与电流源形式的PSC网电能质量，已成为近年研究的热点[1-5]。超导储能相比不但具有更低的系统损耗

7、，而且还能采用更为[7]系统中最为关键的部分为其功率调节系统。目前功先进的技术，例如多电平换流器和软开关技术。在率调节系统一般有两种形式：①电流源换流器形式；电压源换流器和斩波器相组合的方式中，斩波器的设计尤为关键。它起着将超导磁体中大电流转换为国家杰出青年基金资助项目（50225723）。电压源换流器所能接受的中等电压的作用，并实现收稿日期2006-04-08改稿日期2007-02-01118电工技术学报2007年10月两者之间的快速转换。文献[8]提到了一种带变压器在整个周期中的占空比，实现超导磁体的可控放电。隔离的双向DC/DC形式的电流调节器，用于实现斩