smes變流器控制策略的研究

1、四川大學(xué)本科畢業(yè)論文SMES變流器控制策略的研究1SMESSMES變流器控制策略的研究變流器控制策略的研究專業(yè)：專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生：學(xué)生：林曉冬指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師：雷勇[摘要摘要]不可再生能源的過度使用造成了資源短缺、環(huán)境污染、改變地球環(huán)境的基本結(jié)構(gòu)等諸多的危害。在強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的今天，那些不可再生資源已經(jīng)逐漸開始被新能源所取代。所以開發(fā)應(yīng)用于新能源的儲(chǔ)能技術(shù)，是保證國家電力可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)戰(zhàn)略性政策。由于超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)(Su

2、perconductingMagicEnergyStageSystemSMES)具有儲(chǔ)能容量大、轉(zhuǎn)換效率高、快速響應(yīng)指令的性能，所以它可以和電網(wǎng)之間進(jìn)行快速高效地功率交換。并且SMES在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用對(duì)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善電能質(zhì)量，發(fā)展新能源技術(shù)中都發(fā)揮著重要的作用。首先，文中概述了SMES在電力系統(tǒng)中的研究現(xiàn)狀以及應(yīng)用前景。通過與電流源型變流器進(jìn)行詳細(xì)的比較分析，最終選擇了電壓源型變流器作為基本的研究對(duì)象。其次，本文研究了基于坐

3、標(biāo)變換下的SMES電壓源型變流器的數(shù)學(xué)模型與工作原理，為本文關(guān)于SMES控制策略的研究提供了理論依據(jù)。又深入研究了空間電壓矢量調(diào)制方法，并以控制電流為目的研究了變流器及其斬波器的控制策略。其中變流器控制分別從雙環(huán)PI控制、狀態(tài)反饋控制兩種控制策略進(jìn)行了研究。斬波器建立了電流環(huán)與電壓環(huán)，它們分別在磁體充電與放電的時(shí)候進(jìn)行切換控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的控制以及直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。然后，在基于電流控制的SMES變流器控制策略的研究基礎(chǔ)上，改進(jìn)并提出了

4、一種以控制磁體與電網(wǎng)功率交換為目的的SMES變流器的控制策略。SMES變流器接收系統(tǒng)發(fā)出的功率指令，通過將磁體功率的標(biāo)幺值轉(zhuǎn)化為占空比進(jìn)而控制斬波器IGBT管的開斷狀態(tài)，磁體進(jìn)行相應(yīng)的充放電，以實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓的穩(wěn)定以及SMES對(duì)系統(tǒng)功率指令的快速響應(yīng)。最終，把本文建立的基于功率控制下的SMES用作抑制風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的功率波動(dòng)。通過變流器與斬波器的協(xié)調(diào)控制，仿真實(shí)現(xiàn)了SMES與電力系統(tǒng)進(jìn)行大小可控的、快速、雙向的功率交換，并對(duì)假設(shè)的

5、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的功率波動(dòng)有很好的平抑效果。本文的仿真模型都是通過MATLABSimulink進(jìn)行搭建。仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的控制策略可以實(shí)現(xiàn)SMES與電力系統(tǒng)進(jìn)行單位功率因數(shù)下快速、可控的功率交換。[關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞]超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)；電壓源型變流器；斬波器；PI控制；功率控制四川大學(xué)本科畢業(yè)論文SMES變流器控制策略的研究3鍵的。所以SMES并網(wǎng)的研究中，主要就是通過對(duì)SMES變流器的控制來提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與可靠性。將超導(dǎo)儲(chǔ)能

6、系統(tǒng)作為一個(gè)直流電源與變流器相結(jié)合，與普通的直流電源與變流器的研究有一定的區(qū)別，因?yàn)槌瑢?dǎo)磁體的參數(shù)對(duì)變流器的運(yùn)行有一定的影響。那么通過將超導(dǎo)磁體的特性與變流器組合為SMES，進(jìn)行協(xié)調(diào)的控制，具有很強(qiáng)的研究意義與研究價(jià)值。1.21.2超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)的概述超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)的概述在電力系統(tǒng)中不斷接入新能源，意味著能源的儲(chǔ)存技術(shù)的使用將對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定和電能質(zhì)量有著越來越重要的應(yīng)用。目前存在有一系列的能源儲(chǔ)存技術(shù)，如超導(dǎo)磁儲(chǔ)能(SMES)、壓縮空氣儲(chǔ)能

7、(CAES)、流體電池、飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)、抽水蓄能系統(tǒng)、超級(jí)電容器等[5]。直流電流通過超導(dǎo)線圈，以電磁場的形式儲(chǔ)存能量于超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)有各種功率等級(jí)，由于它非常短的反應(yīng)時(shí)間，超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)最適合用于改善電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。表1111幾種常見儲(chǔ)能方式的性能比較幾種常見儲(chǔ)能方式的性能比較[6]存儲(chǔ)設(shè)備密度(Whkg)效率(%)反應(yīng)時(shí)間資本成本(kW)壽命(年)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)超級(jí)電容器0.158590秒小時(shí)140070003

8、040壽命長，效率高低能量密度，有毒化合物壓縮空氣儲(chǔ)能5075小時(shí)日280030容量大，單位容量成本相對(duì)較低技術(shù)不成熟飛輪儲(chǔ)能301003090秒分鐘21k70k2030高功率低能量密度抽水蓄能6080小時(shí)日980490040容量大，單位容量成本低影響野生動(dòng)植物和水位鉛酸蓄電池儲(chǔ)能24456080分小時(shí)3502500210成本低鉛需要回收超導(dǎo)磁儲(chǔ)能9798毫秒分鐘250040高功率現(xiàn)階段成本較高從表11可以看出，SMES具有以下的優(yōu)點(diǎn)：