核心提示：　　超導儲能裝置提高電力系統暫態穩定性的研究鄭麗，馬居新，李立春（清華大學電機工程與應用電子技術系，北京100084）（是把電bsh女漢建，f%ww.Cnki.net導儲能的單橋系統和雙橋系統數學模型

　　超導儲能裝置提高電力系統暫態穩定性的研究鄭麗，馬居新，李立春（清華大學電機工程與應用電子技術系，北京100084）（是把電bsh女漢建，f%ww.Cnki.net導儲能的單橋系統和雙橋系統數學模型，并實現了有功控制和有功無功綜合控制的各種控制策略。在單機無窮大和多機系統上的計算機仿真表明，超導儲能裝置能有效地提高電力系統的暫態穩定性論文研究了控制方式對暫態穩定性的影響，對影響其效果的多種因素，如安裝地點等，也進行了比較詳細的研究。

　　712：A隨著超導技術的發展，尤其是高溫超導的出現，超導在電力系統中應用的前景看妊目前，人們正在研究的裝置包括超導儲能裝置，超導電機，超導輸電線，超導限流器等其中，超導儲能裝置SMES能存儲在磁場中的一種設備它通過整流逆變橋把交流電轉化成直流，對巨大的螺線管線圈充電。由于線圈由超導材料制成并維持在超導狀態下，所以，線圈中的能量可以幾乎無損地儲存并在需要時，功率從磁場中放出，轉化為交流功率，輸送給交流電網。

　　超導儲能裝置具有如下的特性：1）轉換效率高大型低溫超導儲能裝置的充電放電效率約為90%~9%.高溫超導儲能裝置的效率則可高達94%，甚至更高。2）響應速度快。SMES從最大充電功率到最大放電功率的轉換只需幾十ms3）SMES既可進行有功功率的調節，又可進行無功功率的調節，還可以同時進行有功無功的獨立控制，具有很高的靈活性由于超導儲能裝置的這些優異的特性，其應用范圍非常廣根據容量的大小，SMES系統可以分為大中小容量。大容量SMES（5 107~1tfMJ）主要用來平衡電網的日高峰和夜低谷負荷。中小容量的SMES（儲能小于1tfMJ）可以用于提高電力系統的穩定性、阻尼同步振蕩以及提高電能質量等等由于制造大容量超導線圈的技術困難，目前的研究多數集中在中小容量上本文從超導儲能系統的機理出發，建立超導儲能的一組數學模型，通過計算機仿真，研究SMES對提高系統暫態穩定性的作用，并研究其控制規律1SMES的原理和數學模型1.1SMES的基本原理SMES系統主要由超導線圈、換流電路、控制保護電路及制冷設備組成超導儲能單橋系統實際上為純感性負載三相整流逆變橋。對整流逆變橋的控制是通過控制開關器件的導通狀態實現的超導儲能裝置與交流系統的連接在以上的假設條件下，換流橋的數學模型（標幺值）可表示為3丌（4）/s=/s1+/s2.（5）超導線圈中的電量可表示為：jrjd/d根據換流電路基本原理，可以得到如下的基本關系：丌其中：Vd為直流側電壓平均值；Psm為SMES吸收的有功；Q-為SMES吸收的無功；V為交流側相電壓有效值；T，T為觸發角。由在此策略中，Ak作為控制信號，控制系統使與系統交換的功率與之成比例當故障節點處發電機的Ak為正數時，SMES從系統吸收有功功率；當Ak為負數時，SMES向系統放出有功功率，如所示，它所表示的控制系統的數學表達式為2.2有功控制策略2（P-Ape控制）在實際應用中，轉子角速度k的測量比較困難而對功率的測量在電力系統中很容易實現，我們用發電機發出的有功偏差APe=P*-Pe作為控制變量，對SMES與系統的有功交換進行控制，控制規律選用PI控制器加慣性環節。

　　2.3有功無功綜合控制以通過反三角函數求出T，T2本文對有功無功綜合控制采用如所示的框圖，其中，有功控制器和無功控制器的傳遞函數分別為：3計算機仿真3.1仿真的系統接線在單機無窮大系統和三機系統（）上分別進行仿真仿真的故障為：單機系統：發電機機端升壓變壓器高壓側，在0.2S發生三相短路故障，經過一定時間切除故障，然后單回線運行。

　　三機系統：故障A0.2s時，A點發生三相短路，經過一定時間后切除7，8節點之間的線路。故障B0.2s時，B點發生三相短路，然后切除6，7節點之間的線路故障C0.2s時，8號節點發生三相短路，然后切除8，9節點之間的線路3.2單機系統仿真結果是PAk控制下，SMES和系統各變量的動態過程從圖中可以看出，當發電機轉子相對角速0時，觸發角T在0到n/2之間，SMES吸收的有功Psm為正超導線圈上的直流電流“增大；當Ak<0時，觸發角T在n/2到n之間，SMES發出有功，”減小。比較了SMES有功控制和沒有SMES時發電機角速度和相對角度的動態過程，可以看出，SMES的有功控制能有效地降低發電機第一搖擺的最大相對角度Wax，提高暫態穩定性仿真結果見表1仿真表明，在控制系統參數選擇合適的條件下，用功率偏差APe作為控制變量，控制超導儲能系統，具有和以Ak為控制信號的系統大致相同的效果事實上，由轉子運動方程，發電機電磁功率與其轉速有如下關系：ApP=T-dk/dt），其中，Tj為發電機的慣性時間常數而本文所采用的pAk控制和pAPe控制恰好符合上述關系因此，只要參數選擇合適，控制策略2和控制策略1等效。綜合前面的內容，可以得到以下結論：表1故障點為線路中點時，各種控制下，系統的暫態穩定性有功控制有功無功綜合控制Trec的提高％Pe，max的提高％SMES有功控制，能明顯地提高系統暫態穩定性阻尼振蕩SMES的有功無功綜合控制，效果有進一步地提高，但相比于有功控制，提高不大。

　　3.3多機系統仿真結果仿真系統如所示，對于該三機系統構成的環網，結構聯系比較緊密，而故障后系統變為開環，結構發生很大變化；同時，多機系統中存在多個振蕩模式本文考察超導儲能系統裝設在不同地點，在不同的故障情況下，對系統暫態穩定性的影響。

　　愚4SMESa和系統質量的盈態過IcWcbookmark1比較了故障A，多機系統沒有SMES在發電機2機端、在發電機3機端裝設SMES多種情況下系統的動態過程。SMES的引入能有效地降低相對相角W-W和W-W，提高暫態穩定性；且不論的振蕩均有抑制作用，同時，SMES裝設地點靠近某臺發電機，則對該發電機的影響更明顯仿真故障B和C，可以得到類似的結果。表2列出了仿真結果表2不同故障，SMES在不同發電機節點上，極限切除時間Tre的比較故障類型沒有SMES在（*節點在G3節點同時在G2和G3首先失穩的發電機0.59時發電機在第一擺沒有失穩，但其后等幅甚至增幅振蕩。

　　*Tr*為0.58時，可以使系統經過振蕩后穩定下來*G2首先失穩，（*也很容易失穩由此可知：a）SMES不論裝設在哪一臺發電機機端，對提高整個系統的暫態穩定性，都有好處，其作用的大小與SMES離故障的電氣距離、發電機的參數等相關b）SMES裝在哪臺發電機機端，便對提高該臺發電機的穩定性的影響最大c）把SMES裝設在最先失穩的發電機機端，能最有效地提高系統的暫態穩定十生4結論本文簡要介紹了超導儲能裝置的基本工作原理，建立了超導儲能系統的一組非線性微分方程組數學模型超導儲能裝置能同時控制它與交流系統交換的有功和無功功率。文中提出了應用超導儲能裝置的有功控制和有功無功綜合控制提高電力系統暫態穩定性的各種控制策略本文分別在單機無窮大和多機系統上，進行了計算機仿真，研究了超導儲能系統的有功控制，有功無功綜合控制對提高電力系統暫態穩定性的作用。仿真結果表明：超導儲能裝置能有效地提高系統的暫態穩定性；其中，有功控制直接調節發電機輸出的電功率，能顯著地提高系統的暫態穩定性；有功無功綜合控制更進一步提高了效果。在多機系統中，SMES裝設在各發電機機端能夠有效地提高暫態穩定性，且超導儲能裝設在哪一節點，則對這一節點上的發電機的暫態過程影響最大對整個系統而言，SMES裝設在最先失穩的發電機機端效果最好。