超导储能释放控制技术研究

论文摘要

超导储能(SMES:Superconducting Magnetic Energy Storage)技术作为一种新的储能方式,相对于蓄电池储能,飞轮储能等储能方式而言,因其无需其它形式能量的转换,受到人们广泛关注。超导储能具有转换效率高、响应速度快的优点,且既可以进行有功功率的调节,又可进行无功功率的调节,还可以同时进行无功有功的独立控制,具有很高的灵活性。这使得超导储能装置可以起到提高电力系统稳定性的作用。风力发电的并网运行具有一定经济效益和社会效益,同时也给电网的电能质量和安全稳定运行带来一定的影响。因此,将超导储能系统应用于风电系统,对改善风电场的运行性能有着十分重要的意义。本文首先阐述了将SMES系统引入电力系统尤其是风力发电系统的意义,介绍超导电性的基本内容和超导电力装置的概况。接着分别介绍了超导储能的基本原理及储能系统的基本构成,总结了SMES系统目前世界上的研究概况。运用Matlab/Simulink仿真分析软件,建立了电感储能的电路仿真模型,对电感的充放电过程进行仿真分析。由于电感是储能元件,其能量的释放若不加控制将呈指数衰减,并不能有效的得到利用。本文提出了一种对电感能量的释放过程进行控制的方法,从而使电感能量得到较平稳而均匀的释放,并建立了实验模型,通过在常导线圈的实验和仿真验证了此方案的可行性。最后,利用Matlab/Simulink仿真分析软件建立了SMES的风电场模型,并通过仿真,讨论了当风速变化和发生相间故障时,SMES对风电场的运行性能的改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本文所做的工作
• 1.3 超导电性
• 1.3.1 超导体的三大基本特性
• 1.3.1.1 零电阻
• 1.3.1.2 迈斯纳效应
• 1.3.1.3 约瑟夫森效应
• 1.3.2 超导体的三个临界值
• 1.2.2.1 临界温度
• 1.3.2.2 临界磁场
• 1.3.2.3 临界电流密度
• 1.3.3 低温超导线材
• 1.3.4 高温超导体
• 1.3.5 高温超导线材
• 1.4 超导电力装置概况介绍
• 第二章 超导磁储能系统研究概况
• 2.1 超导磁储能结构与原理
• 2.1.1 基本原理
• 2.1.2 超导储能系统构成
• 2.1.2.1 超导线圈技术
• 2.1.2.2 冷却系统
• 2.1.2.3 变流器装置
• 2.1.2.4 控制系统
• 2.2 SMES 的研究概况
• 2.2.1 超导磁储能装置国外研究概况
• 2.2.2 超导磁储能装置国内研究概况
• 2.3 SMES 的应用展望及其优越性
• 第三章 电感充放电仿真与分析
• 3.1 电感储能的电路模型
• 3.2 电感储能充电分析
• 3.3 电感释能分析
• 3.4 电感储能的恒流释能控制仿真
• 3.5 超导开关的应用
• 第四章 释能控制电路设计
• 4.1 系统基本原理
• 4.1.1 DC-DC 变换的不同形式
• 4.1.1.1 BUCK 变换器（降压变换器）
• 4.1.1.2 BOOST 变换器（升压变换器）
• 4.1.1.3 BUCK-BOOST 变换器
• 4.2 控制设计的系统构成
• 4.2.1 主电路的设计
• 4.2.2 能量分流控制电路设计
• 4.2.3 开关时序控制电路设计
• 4.3 实验及仿真结果分析
• 4.3.1 实验结果分析
• 4.3.2 仿真结果分析
• 第五章 超导储能装置对风电场运行性能的改善
• 5.1 采用SMES 的风电场模型及原理
• 5.2 SMES 系统的数学模型
• 5.2.1 SMES 模型
• 5.2.2 控制方式
• 5.3 仿真模型的建立
• 5.4 仿真结果分析
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果