超导磁储能装置控制策略研究

摘要

超导磁储能系统（SMES）是将超导磁体无损高效储能特性与现代电力电子快速电能转换技术相结合的一种新型灵活交流输电（FACTS）装置，是目前实用化程度最高的超导电力装置。SMES可快速和电力系统交换能量，以主动致稳的方式提高系统的稳定，解决系统的诸多问题。随着我国电网的快速发展，结合世界电网技术研究的方向，加强SMES 的应用研究是非常必要。本文就SMES的暂态数学模型，控制器设计和协调控制等方向进行研究。 首先本文从电力系统的发展趋向阐述了研制SMES的意义和应用情况，综述SMES的发展现状，并指出本文的研究内容。 在电力系统的应用研究中，合适的元件数学模型对仿真研究极为重要。结合SMES的应用，从暂态稳定仿真研究出发，本文采用状态空间方程建立SMES的暂态稳定数学模型。在此基础上利用Matlab平台建立系统的仿真模型。 然后为了提高SMES的动态性能，本文设计了两种SMES控制器，一种是自适应PID控制方法，这种控制方法由对角回归神经网络（DRNN）在线辨识系统特定参数，不需要建立系统参考模型，而使得闭环系统的误差信号趋于最小。仿真表明DRNN神经网络能够通过自学习辨识含有超导磁储能装置的简单电力系统的特定参数，且速度较快。与传统的控制方法相比，其控制效果好，鲁棒性强，结构简单，易于实现。另一种是基于暂态能量的控制方法（TEC），从系统能量的角度，暂态能量包含系统的频率和功角稳定信息，适合作为控制信号。此控制方法结合了现在系统暂态稳定分析手段，有利于进行系统的总体分析，而且控制效果好，结构简单。 接着针对现在复杂电力系统中出现的协调控制问题，本文分析了协调控制的特点，并研究SMES和传统系统稳定控制设备的协调控制，以完善SMES的控制和提高SMES的运行效率。 最后在首台国内研制成功的高温SMES上进行了动态模拟试验，就SMES的动态特性和对电力系统故障振荡抑制控制进行了研究，并给出实验结果，和理论研究非常吻合，为以后SMES各方面研究奠定了相当基础。