超導磁儲能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的應用及其狀態(tài)評估方法研究.pdf

1、能源安全是整個人類社會賴以生存和發(fā)展的重要基礎。利用清潔、可再生能源的分布式發(fā)電技術為節(jié)能降耗、提高供電可靠性提供了一種新思路。微電網(wǎng)技術是解決清潔、可再生能源并網(wǎng)問題的有效手段。儲能裝置是微電網(wǎng)的核心部件，能夠以完全可控的方式參與微電網(wǎng)的運行，是微電網(wǎng)運行穩(wěn)定性的重要保障。超導磁儲能（Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES）系統(tǒng)高功率、快響應的特性使得SMES能夠快速大幅調(diào)整其與微電網(wǎng)

2、或大電網(wǎng)間的功率交換，可以對微電網(wǎng)的瞬時功率不平衡進行調(diào)節(jié)。SMES的這些特性和優(yōu)勢使得其在改善微電網(wǎng)運行特性方面具有應用前景。本博士論文基于對國家973計劃和863計劃項目的研究，從理論分析、數(shù)學建模、特性仿真、控制策略到實驗驗證等方面對SMES在微電網(wǎng)中的應用開展研究工作，并提出了SMES狀態(tài)評估方法以明確超導磁體熱穩(wěn)定性對SMES系統(tǒng)運行特性的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對SMES在微電網(wǎng)中分散化應用形式，研究基于S

3、MES改善微電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性的可行性和控制方法。設計了基于虛擬慣量的SMES控制策略以解決微電網(wǎng)慣性小的問題，提高微電網(wǎng)運行的頻率穩(wěn)定性。考慮SMES功率輸出范圍的限制，設計了基于模糊控制的電流調(diào)整策略，對超導磁體電流進行動態(tài)調(diào)整，保障超導磁體的熱穩(wěn)定性。仿真分析結果驗證了所提出的控制及電流調(diào)整策略的有效性。⑵以SMES在含電動汽車充電站微電網(wǎng)中的應用為背景，提出一種新型基于直流母線的電動汽車充電站拓撲。通過設計SMES的功率控制策略，提

4、高充電站直流母線電壓的穩(wěn)定性。在此基礎上，針對電動汽車快速充電站充電功率變化率較大的問題，提出一種基于SMES控制的能量管理策略以降低電動汽車快速充電功率的變化率，從而降低快速電動汽車充電對微電網(wǎng)和配電網(wǎng)的影響，改善電網(wǎng)（包括微電網(wǎng)和配電網(wǎng)）的頻率穩(wěn)定性。仿真分析驗證了所提出控制及能量管理策略的有效性。⑶綜合考慮SMES與微電網(wǎng)或電力系統(tǒng)之間的相互作用和影響，提出并構建了SMES狀態(tài)評估方法。在對SMES功率輸出特性進行定量分析的基礎上

5、，研究SMES動態(tài)運行特性對超導磁體熱穩(wěn)定性的影響，將超導磁體電流和溫度這兩個主要的影響因素進行整合，得到SMES狀態(tài)評估方法的具體表達式。通過對150kJ高溫超導磁儲能系統(tǒng)進行功率調(diào)節(jié)實驗、動模實驗，驗證了SMES狀態(tài)評估方法在電力系統(tǒng)應用中的有效性。⑷為了進一步系統(tǒng)、準確地構建SMES狀態(tài)評估系統(tǒng)，提出了基于場路耦合的SMES建模方法，對SMES狀態(tài)評估方法進行延伸和拓展研究。采用所提出的場路耦合法建立了150kJSMES超導磁體的