靜止橋接儲能裝置在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、自人類進入21世紀以來，伴隨著以新能源和可再生能源逐步代替化石能源為目標的新能源革命的號角，儲能技術(shù)受到了前所未有的重視，并有了飛速發(fā)展。在儲能技術(shù)中，通過電力電子電路與電網(wǎng)相連的靜止橋接儲能裝置，能夠?qū)ζ渑c電網(wǎng)交換的有功功率和無功功率進行獨立、快速、準確控制，為電力系統(tǒng)運行控制提供了一種靈活的新手段，已成為電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的一種新的有效工具。因此，研究靜止橋接儲能裝置在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用具有十分重要的意義。本文從含靜止橋接儲能裝

2、置的單機-無窮大系統(tǒng)線性化擴展模型入手，以轉(zhuǎn)矩法和狀態(tài)空間分析法為工具，闡明了靜止橋接儲能裝置影響電力系統(tǒng)動態(tài)特性的作用機理。進而，以增加電力系統(tǒng)阻尼和提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性為目標，對滿足工程化應(yīng)用要求的靜止橋接儲能裝置系統(tǒng)層控制器進行了全面而深入的研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以SMES裝置為例，推導了靜止橋接儲能裝置主電路標幺值數(shù)學模型，并基于該模型，系統(tǒng)且全面地研究了功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制器及其參數(shù)整定方法和大容量擴展問題。

3、論證了靜止橋接儲能裝置無論采用基于電流反饋的功率開環(huán)控制方式還是采用功率閉環(huán)控制方式均可等效為具有一階慣性環(huán)節(jié)的可控功率源這一結(jié)論，并給出了其慣性時間常數(shù)與功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制器參數(shù)的定量關(guān)系。對大容量電壓型功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的多相斬波器控制問題進行了深入研究，提出了一種新的用于SMES裝置的多相斬波器控制方法。該方法通過切換電壓控制矢量實現(xiàn)了具有良好抗擾動性能的直流電壓控制，并通過電壓控制矢量不同開關(guān)組合的切換實現(xiàn)了多相斬波器的良好均流。⑵闡

4、明了靜止橋接儲能裝置影響電力系統(tǒng)動態(tài)特性的作用機理。對靜止橋接儲能裝置有功功率調(diào)節(jié)和無功功率調(diào)節(jié)影響電力系統(tǒng)動態(tài)特性的不同特點、發(fā)電機勵磁控制以及阻尼繞組對儲能裝置作用的影響進行了深入研究。在考慮發(fā)電機阻尼繞組對儲能裝置作用的影響時，提出了一種利用儲能裝置功率調(diào)節(jié)到發(fā)電機轉(zhuǎn)子電角速度變化量的留數(shù)求取功率調(diào)節(jié)到其產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩變化量傳遞函數(shù)的近似方法，并對所提方法的準確性和適用性進行了論證。⑶從控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)整定、控制輸入選擇、魯棒

5、性分析等多個方面對滿足工程化應(yīng)用要求的阻尼控制器進行研究。提出了一種計及發(fā)電機阻尼繞組影響的阻尼控制器簡化設(shè)計方法，并通過根軌跡分析論證了所提方法的有效性。得出了有工程實用價值的結(jié)論：對于含儲能裝置的單機-無窮大系統(tǒng)，儲能裝置采用以Δω或?ΔPg為反饋輸入的阻尼控制器，能夠有效增加電力系統(tǒng)機電模式阻尼；采用ΔPg為反饋輸入的阻尼控制器容易引起頻率較高的控制器模式失穩(wěn)或頻率稍高的勵磁模式失穩(wěn)，從而限制了儲能裝置提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性作用的發(fā)揮