SMES储能装置提高电力系统暂态稳定性研究

论文摘要

当今社会对能源与电力供应的质量与安全可靠性要求越来越高,由于互联大系统中的电力负荷与区域交换功率的持续增长,在传统集中输配电模式下,远距离大容量输送电能已不可避免,导致系统稳定性和安全性降低,电能质量下降。研究表明,在现有电力系统中引入储能装置,能够快速有效的调控系统有功无功的输送,改善系统稳定性、安全性,提高电能质量。如何使得储能装置更好地发挥其提高电力系统稳定性的作用,是当前储能领域研究的一个热点。超导储能装置(Superconducting Magnetic Energy StorageDevice,简称SMES)是将能量以电磁能的形式储存在超导线圈中的一种快速、高效的储能装置。与其它储能装置相比,SMES具有储能量大、转换效率高、响应迅速、对环境无污染、控制方便、使用灵活等优点,在电力系统中有着广泛的应用前景。基于以上背景,以SMES储能装置为研究对象,本文研究了储能装置提高电力系统暂态稳定性的作用,并针对储能装置实际应用中的安装容量、安装地点、控制策略等具体问题,进行了系统地学习研究。本文的研究工作基于PSS/E平台,在Kundur 11节点系统以及华东电网实际系统上进行了仿真研究。对于储能装置改善电力系统暂态稳定性的作用,本文从提高系统暂态稳定性的措施、储能装置对系统功角特性的影响以及功角曲线等方面进行了理论论证并通过仿真研究进行了证实。本文分别对储能装置的不同安装容量、不同安装地点以及不同的控制策略进行了仿真对比研究,分析了储能装置的有功、无功补偿作用,并比较了电池储能与超导储能对系统暂态稳定性提升的作用。Kundur11节点系统以及华东电网的仿真分析结果均表明,储能装置能够有效地提高系统暂态稳定性,而安装容量是影响储能装置作用的一个很重要的因素。适当的安装地点以及较好的控制策略均有助于提高储能装置对系统暂态稳定性提升的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 概述
• 1.1.1 储能装置类型及应用
• 1.1.2 SMES储能装置发展情况
• 1.1.3 SMES对电网稳定性的影响
• 1.2 SMES储能装置原理及基本组成
• 1.3 储能装置控制策略
• 1.3.1 储能装置控制模式
• 1.3.2 SMES控制系统设计
• 1.3.3 控制策略及控制方法
• 1.4 SMES的容量限制
• 1.5 本文的目标和内容
• 第2章 PSS/E软件平台及仿真模型
• 2.1 大型电力系统仿真软件PSS/E概述
• 2.1.1 电力系统动态仿真概述
• 2.1.2 PSS/E动态仿真的实现
• 2.2 超导储能（SMES）数学模型
• 2.2.1 电流源型SMES
• 2.2.2 电压源型SMES
• 2.3 基于PSS/E平台的仿真系统模型
• 2.3.1 超导储能数学模型
• 2.3.2 有功控制信号模型
• 2.3.3 无功控制信号模型
• 第3章 SMES提高系统暂态稳定性机理
• 3.1 暂态稳定分析方法
• 3.2 提高系统暂态稳定性的措施
• 3.3 储能装置对系统功角特性的影响
• 3.3.1 并联接入时的功角特性
• 3.3.2 串联接入时的功角特性
• 3.4 提高暂态稳定性
• 3.4.1 提高暂态稳定性机理
• 3.4.2 功角曲线
• 3.5 含有超导储能系统的电力系统模型
• 第4章 暂态仿真研究
• 4.1 仿真系统模型
• 4.2 超导储能提高暂态稳定性的仿真研究
• 4.2.1 有功补偿作用研究
• 4.2.2 无功补偿作用研究
• 4.2.3 考虑超导储能装置电流自恢复过程的系统仿真
• 4.2.4 不同安装地点对储能作用影响的研究
• 4.2.5 不同装设容量对储能作用影响的研究
• 4.2.6 储能装置不同控制策略的比较
• 4.3 电池储能提高电力系统暂态稳定性仿真研究
• 4.4 电池储能与超导储能作用比较
• 4.5 华东电网仿真研究
• 4.5.1 不同储能装置容量下仿真
• 4.5.2 不同安装地点的比较
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的学术论文
• 致谢