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