| 摘要：建立了超级电容器储能装置 模型，并利用非线性控制方法设 计了其与发电机励磁的协调控制。 仿真结果表明，利用超级电容器 储能装置对有功和无功功率的控 制，配合发电机的励磁调节，能 有效改善发电机运行稳定性，保 证转子角速度，机端电压、有功 输出这些反应系统输出特性状态 量的控制精度，有效地提高供电 质量和系统稳定性。 【关键词】超级电容器 储能装置 非线性励磁 控制 稳定性 近年来，国内外专家学者对电力储能技 术给予了极大的关注，储能技术已经在电力系 统、可再生能源系统等领域得到了广泛的应用。 目前在电力储能技术主要有超导磁储能、抽水 蓄能、飞轮储能、压缩空气储能、蓄电池储能、 超级电容器储能等。超级电容器作为一种新兴 的储能器件，其性能稳定、能量存取速度快、 充放电损耗小、控制简单、转换效率高等优点 广泛应用于短期大功率充放电的场合。 STATCOM 是通过向电网注入或从电网吸 收一定的无功功率，来提高系统稳定性。如 在STATCOM 的直流电容侧与超级电容器储能 模块并联，同时对控制系统进行相应的改造， 可以实现有功和无功功率的控制。文献[1、2] 分别研究了超级电容器储能装置的双方向功率 流动时的切换和基于超级电容器储能系统的并 联型动态电压调节器，但其主要针对配电系统。 研究超级电容器储能技术对发电系统运行影响 分析，可以为解决电力系统的功率不平衡、电 压骤降和骤升、系统扰动、发电机振荡、系统 在故障情况下的支撑时间等方面的问题，提供 一个新的解决思路。 本文建立了超级电容器储能装置的模型； 同时利用非线性控制方法，设计了该模型与发 电机励磁的协调控制，以改善发电系统各状态 量的动、静态性能。 1 超级电容器储能装置的模型 超级电容器储能装置的原理图如图1 所 示，超级电容器储能装置主要由超级电容器储 能模块组、电压型双向DC/DC 变换器、电压 型双向DC/AC 变换器和控制装置组成。 在超级电容器储能模块组充放电过程中， 端电压变化范围较大，通常采用双向DC ／ DC 变换器作为接口电路来调节超级电容器的 储能和释能，双向DC ／ DC 变换器可以实现 直流低压侧超级电容器储能模块组与直流高压 侧电容之间的能量交换。 2 仿真结果及分析 2.1 仿真系统简介 仿真采用单机无穷大电力系统模型仿真 主要是针对超级电容器储能装置与发电机的非 线性协调控制（用SCES 表示）。为了便于进 行对比分析控制的效果，同时也对发电机励磁 与STATCOM 的非线性控制器（用STATCOM 表示）和仅考虑发电机励磁的非线性励磁控制 器（用NEC 表示）进行了仿真。 2.2 仿真分析 调功扰动：主要考查当发电机给定的机 械功率值发生变化后，系统各状态量及输出量 如：ΔU、ΔPe、Δδ、Δω 的动、静态性能能否 满足系统的运行要求，重点考查发电机的有功 功率的跟踪特性和母线电压的静态精度。图 2 给出了发电机有功功率从0.6pu 阶跃上升到 0.8pu 时，系统有关状态量的响应曲线。 可以看出，在所设计的非线性控制律的 作用下，发电系统各状态量ΔU、ΔPe、Δδ、 Δω 的动态控制效果都很满意。由曲线ΔU 还 可看出调节有功不会引起发电机端电压的静态 偏差。曲线ΔPe 表明发电机输出的有功能按 要求迅速跟踪给定值。通过上述三种装置的对 比可以看出，装有超级电容器储能装置能的控 制效果要好于另外两种装置，主要体现在发电 机各状态量的超调量较少小，动态过程更加平 滑。超级电容器储能装置能及时释放有功和无 功，支撑发电机的功率阶跃上升，其释放过程 较为平滑。 3 结论 本文建立超级电容器储能装置模型，对 储能装置与发电机励磁进行了非线性协调控制 设计。仿真结果表明：超级电容器储能装置与 发电机进行协调控制时，能有效提高发电机和 系统的稳定运行能力。特别是对系统的大扰动 来说，由于有超级电容器储能装置对整个系统 进行有功和无功功率的平衡，能在很大程度上 改善系统的动态性能。 参考文献 [1] 张慧妍, 韦统振, 齐智平. 超级 电容器储能装置研究[J]. 电网技 术,2006,30(8):92-96. [2] 王云玲, 曾杰, 张步涵, 毛承雄．基于超 级电容器储能系统的动态电压调节器[J]. 电网技术,2007,31(8):58-62. [3] 程时杰, 余文辉, 文劲宇, 孙海顺, 王海 风. 储能技术及其在电力系统稳定控制中 的应用[J]. 电网技术,2007,31(20):97- 108 [4] 谢小荣, 姜齐荣. 柔性交流输电系统的 原理与应用[M]3 北京: 清华大学出版 社,2006. 作者单位 贵阳电力设计院有限公司 贵州省贵阳市 550000 |
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