飞轮储能系统提高配电网暂态稳定控制策略研究

摘要

本论文受重庆市自然科学基金（CSTC2009BB6190）和输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室自主研究项目（2007DA10512709208）的资助。
　　分布式发电（Distributed Generation，DG）由于具有污染少、能源利用效率高、安装地点灵活等多方面优点得以快速发展，由于分布式发电具有诸多优点，配电网中开始接入分布式发电机，这些小型或微型的DG包括同步发电机（Synchronous Generator，SG）、感应发电机（Induction Generator，IG）和经过电力电子接口的电源。DG的接入改变了配电网只是单纯从主网接收和消耗电能的方式，但可能会影响配电网的暂态稳定性。就地动态补偿或储能设备的利用能有效改善含DG配电网的暂态稳定性。飞轮储能系统（Flywheel Energy Storage System，FESS）因具有较长的使用寿命、较高的环境友好性和较低的单位储能成本等优势成为当下极具实用前途的一种储能技术。本文在FESS及变流器和控制模型的基础上，研究了FESS对含IG和SG的配电网暂态稳定性提高的作用，提出了FESS的控制策略。论文主要内容如下：
　　①探讨了FESS的现状和优势，分析了DG接入配电网后的影响及配电网中存在的暂态稳定性问题，研究了目前采用的提高配电网暂态稳定性的措施及不足，论证了采用FESS提高配电网暂态稳定的可行性。
　　②研究了FESS的特性，建立了飞轮及储能电机的五阶数学模型。选择感应电机作为飞轮的储能电机，将飞轮等效为感应电机的附加转动惯量；通过坐标变换，将三相静止坐标系中多变量、高阶、非线性和强耦合的储能电机模型在dq同步旋转坐标系中简化，得到了同步旋转坐标系中的五阶数学模型。
　　③分析了SG和IG的暂态稳定特性，从提高配电网暂态稳定性的角度，提出了FESS双向PWM变流器的控制策略。电机侧变流器采用磁场定向控制策略，该策略对电网电压波动具有更好的鲁棒性，并且易于实现；电网侧变流器采用串级控制方案，独立控制有功和无功。
　　④在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建了FESS模型和含SG及IG的配电网模型，仿真验证了本文提出的采用FESS提高配电网暂态稳定性的理论分析和实现方法的正确性。

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 FESS国内外研究现状

1.3 配电网暂态稳定性研究现状

1.4 本文所作的工作

2 FESS原理及其模型

2.1 引言

2.2 FESS的能量转换过程及运行状态

2.3 飞轮储能电机模型

2.4 电力电子转换装置

2.5 小结

3 FESS提高配电网暂态稳定性控制策略

3.1 引言

3.2 感应发电机暂态稳定性分析

3.3 同步发电机暂态稳定性分析

3.4 FESS的控制策略

3.5 小结

4 基于PSCAD/EMTDC的仿真分析

4.1 引言

4.2 FESS与多种提高暂态稳定方法的比较

4.3 FESS在配电网中的仿真及分析

4.4 小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附 录

A. 模型参数

B. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

C. 作者在攻读硕士学位期间参与的项目