超导储能装置在电力系统中布局研究

摘要

随着高温超导线材的开发成功和低温技术的不断进步，超导电性在电力系统的应用成为社会关注的焦点；灵活交流输电技术(Flexible AC Transmission System,简写FACTS)是建立在电力电子技术和控制技术基础之上的当前电力系统研究中的前沿课题之一。作为超导技术和FACTS 两个革命性技术的完美结合，超导磁储能装置(Superconducting Magnetic Energy Storage,简写SMES)是本文的研究对象，而分布式超导储能装置(Distributed Superconducting Magnetic Energy Storage,简写D-SMES)是把若干台SMES 联合起来协调运行的一种创新应用。 本文首先论述了SMES的研究意义，特别对我国电力系统现存问题的重要意义，建立起SMES 应用研究的整体认识，分析了SMES的工作原理和基本结构，论述了能量调节系统(Power Conditioning System)在超导储能系统中的重要性，并比较了电流源型变流器(Current Source Converter)和电压源型变流器(Voltage Source Converter)的结构和应用范围，还介绍了SMES 在各国的研究概况和应用前景。然后，在MATLAB提供的仿真工具SIMULINK 平台下，对含SMES的单机无穷大系统进行了建模并进行了仿真分析，得出SMES 能有效地为系统提供阻尼，抑制大、小扰动引起的系统低频振荡，提高了系统的静态和暂态稳定性，能适应系统运行点大范围的变化，而且得出含PID 控制器的SMES 装置的控制效果较好。最后，介绍了常用的FACTS 装置TCSC、UPFC、SVC 在电力系统中最优布局问题的求解方法，评估了FACTS 装置在系统中布局所用方法，引出了扩展等面积法则(EEAC)，提出了稳定裕度的概念，探讨了应用EEAC 方法求解SMES 在系统中最优布局，并从布局原则、分析方法、选择指标、优化指标等方面详细分析了SMES 在系统中最优布局问题，讨论了在SMES 在系统中布局问题中面临的负荷及发电机出力等一些随机因素，并提出了用Monte-Carlo 法来解决这些随机问题。