模块化超导磁储能系统在电力系统的应用研究

发布时间：2020-08-14 16:36

【摘要】：随着现代社会的发展,电网规模不断扩大,风电、光伏等间歇性能源不断增加,电网结构也变得越来越复杂。储能技术对于提高电力系统稳定性、改善电能质量、辅助新能源发电并网等方面具有重要意义,得到了世界各国的广泛关注。在诸多电能存储技术中,超导磁储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)将电能以磁场能的形式储存于超导磁体,在响应速度、动态功率补偿、充放电次数、寿命等方面具有独特的优势,具有广阔的应用前景。由于超导材料的自身特性以及功率变换系统、制冷系统等方面的制约,欲实现单机数十MJ级的SMES仍然存在较大的困难。因此,本论文提出了模块化超导磁储能系统(M-SMES:Modular SMES),旨在通过先进的控制技术实现SMES的模块化集成、分散布局,用于增强电力系统的稳定性、改善供电品质、提升电网接纳间歇性新能源的能力,对SMES在电力系统的应用推广具有重要意义。本论文在M-SMES拓扑结构、协调运行2个层次开展了深入研究,主要工作及成果如下:(1)明确了“模块化”的概念,从单体SMES建模的入手,在磁体和电力电子变换器两个层面延申,提出了M-SMES的拓扑结构及其控制的设计方法;(2)根据SMES磁体的不同特性和运行工况,从同步运行、分布运行、分散运行三个方面探讨了M-SMES的协调运行方式及相应的功率分配策略,并验证了该策略的有效性;(3)建立了M-SMES的技术经济性评估模型,利用该模型计算了单台大容量SMES与M-SMES的成本。介绍了全寿命周期成本模型,对比分析了蓄电池以及其与单台SMES、M-SMES组成的混合储能的总成本,说明了M-SMES在经济性上应用的可行性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM26;TM73
【图文】：

功率调节系统,电路拓扑结构,电压源,和电流

容进行稳压。（a）电流源型（b）电压源型图2-2 电压源型和电流源性功率调节系统电路拓扑结构VSC 及 CSC 都能实现在 P、Q 平面内的四象限独立控制，比较这两种变流器的性能，主要有以下几点差异：1）CSC 比 VSC 结构简单、控制相对容易超导磁体具有电流源的特性，可直接与 CSC 的直流侧并联。这种结构控制相对容易、且开关损耗小。相对而言，超导磁体要通过斩波器后才能与 VSC 的直流侧相连，因此在功率交换时需要考虑变流器和斩波器的协同控制，结构更复杂、控制难度更大。2）VSC 更利于超导磁体的稳定运行VSC 中含有一个斩波器，在配合变流器进行功率变换时，同时起到了隔离磁体与电网的作用。磁体本身的参数和工况与装置整体的输出没有直接的关系

曲线,功率分配,遗传算法,曲线

12 1555.00设置变量数目为 2，即两台 SMES，得到优化结果如图 3-26 和表 3-8 所示。图3-26 使用遗传算法进行功率分配的收敛曲线表3-8 功率分配优化结果节点编号 24 30P/kW 347.194 252.805ΔU20.00284从图 3-26 可得，随着子代数目的增加，目标函数值会趋于平稳，逐渐收敛。当遗传到第 51 代时，目标函数值的波动收敛在要求范围 10-6以内，此时的优化结果符合要求，当在 24 节点处分配的 SMES 功率为 347.194kW、在 30 节点处分配的 SMES 功率为 252.805kW 时，电压偏移量值为 0.00284。此结果可作为多点分布，即 SMES 分散式分布时特定节点的总功率参考值 Pref。为了进一步研究多点布置和单点布置对电网的影响，在工况相同的情况下，对比了两种方式的仿真结果

【参考文献】