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第1章 概述1

1.1 引言1

1.2 未来电力系统面临的问题2

1.3 电能存储技术3

1.4 基于储能技术的电力系统稳定控制5

1.5 研究内容简介6

第2章 基于储能原理稳定控制装置及互联电力系统的数学模型8

2.1 引言8

2.2 FPC的静态等值电路8

2.3 FPC的工作方式及其能量传递关系11

2.4 多种坐标系中的储能单元模型14

2.4.1 相关假设和参数14

2.4.2 三相静止坐标系中的储能单元模型15

2.4.3 坐标变换17

2.4.4 两相坐标系中的储能单元模型17

2.4.5 关于数学模型的讨论19

2.5 使用暂态参数表示的储能单元模型20

2.6 FPC的矢量励磁控制21

2.6.1 三相VSC整流器的数学模型和控制策略22

2.6.2 三相VSC逆变器的数学模型和控制策略24

2.7 FPC的励磁控制28

2.7.1 FPC的定子磁链定向控制28

2.7.2 FPC的转速控制31

2.7.3 FPC励磁控制系统的综合31

2.8 小结33

第3章 基于储能原理电力系统稳定控制装置的运行特性分析34

3.1 引言34

3.2 FPC运行特性仿真分析34

3.2.1 FPC的基本运行特性的仿真研究35

3.2.2 FPC励磁控制策略的性能比较38

3.2.3 考虑变频器的仿真结果39

3.3 FPC的励磁系统特性分析40

3.4 考虑转子励磁约束的FPC静态运行极限43

3.4.1 转子侧电流限制43

3.4.2 转子侧电压限制44

3.4.3 转子侧功率限制46

3.4.4 转子侧综合限制46

3.5 FPC控制系统稳定性分析47

3.5.1 FPC的固有稳定性47

3.5.2 包含励磁控制系统的FPC稳定性49

3.6 FPC稳态工作点的选取51

3.7 小结52

第4章 基于储能原理电力系统稳定控制的数值分析53

4.1 基于SMES稳定控制系统的构成53

4.2 电流源型SMES的特性55

4.2.1 CSMES的基本原理55

4.2.2 CSMES工作特性的仿真分析56

4.3 电压源型SMES的特性58

4.3.1 VSMES的工作原理58

4.3.2 VSMES的全时域仿真61

4.3.3 VSMES与CSMES的特性比较66

4.4 基于SMES稳定控制的可控变阻尼特性分析67

4.4.1 引言67

4.4.2 SMES可控变阻尼特性分析68

4.4.3 SMES系统可控变阻尼特性分析70

4.5 小结71

第5章 基于储能原理电力系统稳定控制的理论基础72

5.1 引言72

5.2 具有基于储能原理电力系统控制器的电力系统73

5.3 储能原理电力系统控制器的阻尼特性分析74

5.4 仿真验证76

5.5 小结78

第6章 基于储能原理电力系统稳定控制器的控制策略研究79

6.1 引言79

6.2 含基于SMES稳定控制装置的电力系统模型80

6.2.1 SMES的模型80

6.2.2 含SMES的电力系统模型81

6.3 基于反馈线性化的SMES最优控制器83

6.3.1 非线性系统的反馈线性化83

6.3.2 SMES基于反馈线性化的最优控制84

6.3.3 仿真结果87

6.4 基于非线性PID的SMES控制89

6.4.1 非线性PID控制89

6.4.2 SMES的非线性PID控制90

6.4.3 仿真结果91

6.5 小结94

第7章 基于超导磁储能的电力系统稳定装置样机研究95

7.1 SMES的系统组成95

7.1.1 高温超导磁体95

7.1.2 低温系统和电流引线96

7.1.3 功率调节系统96

7.1.4 监控系统99

7.2 SMES磁体的设计及研制100

7.2.1 高温超导线材100

7.2.2 高温超导磁体设计100

7.2.3 高温超导磁体的漏磁场分析102

7.2.4 高温超导磁体热稳定性分析105

7.2.5 高温超导磁体的制作108

7.3 SMES的基本特性实验109

7.3.1 实验用数据采集系统109

7.3.2 系统冷却109

7.3.3 超导磁体通流特性111

7.3.4 SMES的功率调节特性112

7.4 SMES抑制电力系统功率振荡的动模实验113

7.5 超导磁体动态温度特性115

7.5.1 直流充磁试验中磁体的温度特性115

7.5.2 开环功率调节试验中磁体的温度特性116

7.5.3 动模试验中磁体的温度特性120

7.6 小结121

第8章 基于飞轮储能原理的电力系统稳定控制装置样机研究122

8.1 飞轮储能系统的总体结构122

8.2 储能调相电机的研制124

8.3 交流励磁用变频器样机的研制125

8.3.1 变频器样机的主电路参数126

8.3.2 整流器和逆变器控制系统的设计127

8.3.3 转子位置检测127

8.3.4 定子磁链角的获取128

8.4 监控系统128

8.4.1监控系统的功能和总体结构128

8.4.2监控系统的各功能模块130

8.4.3 监控系统的通信网络和数据交换132

8.4.4 监控系统的通信协议133

8.4.5 监控系统的状态录波功能135

8.4.6 上位机监控软件136

8.5 控制系统的实验研究137

8.5.1 FPC样机的起动实验137

8.5.2 FPC研究的功率调节实验138

8.6 小结139

第9章 基于储能原理电力系统稳定控制的实用性研究140

9.1 基于FPC的电力系统阻尼特性分析140

9.1.1 系统分析模型140

9.1.2 含FPC的电力系统阻尼特性分析145

9.2 基于FPC的电力系统稳定控制150

9.3 利用FPC抑制湖北电网功率振荡研究153

9.3.1 PSASP环境下的FPC建模153

9.3.2 采用FPC抑制联络线功率振荡的研究155

9.4 小结158

第10章 储能系统在电力系统中的其他应用探讨159

10.1 基于SMES的电流控制器159

10.1.1 电流控制器的工作原理159

10.1.2 限制短路电流的特性分析161

10.1.3 动态潮流控制特性分析163

10.1.4 电流控制器技术可行性分析167

10.2 基于SMES的双馈风力发电励磁系统173

10.2.1 系统工作原理173

10.2.2 系统控制方案175

10.2.3 仿真分析180

10.3 在独立电力系统中SMES的一机多职应用184

10.3.1 独立电力系统特性184

10.3.2 SMES一机多职概念185

10.3.3 SMES磁体三种不同功能的实现方式185

10.4 其他应用方式探讨187

10.4.1 电力系统状态诊断187

10.4.2 超导限流-储能系统188

10.4.3 储解系统在微网中的综合应用191

10.5 小结192

第11章 结论193

参考文献195