[發明專利]一種ZSC-SMES拓撲結構及其交/直流側控制方法

在審

• 申請號: 201910005004.1
• 申請日: 2019-01-03
• 公開（公告）號: CN109687739A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 林曉冬;何大地
• 申請（專利權）人: 國網四川省電力公司成都供電公司
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發明公開了一種ZSC?SMES拓撲結構，包括依次連接的交流側三相橋電路、Z源阻抗網絡和斬波器，所述交流側三相橋電路的輸入端連接于三相電網。本發明還公開了交流側控制方法及直流側控制方法。本發明在傳統VSC的基礎上引入了Z型阻抗網絡，可以使VSC中的故障直通狀態成為ZSC的正常工作狀態，從而解決了直通狀態引起故障的情況，基于無源理論設計了變流器交流側的控制器，通過能量成型和阻尼注入的方法提高了系統的動態響應能力和魯棒性，改善了變流器的輸出電能質量；基于動態演化理論設計了變流器直流側的控制器，使磁體兩端的電壓得到了均勻的分布，改善了磁體的運行狀態，從而保證了系統的安全運行。

技術領域

本發明涉及電氣工程技術領域，具體涉及一種ZSC-SMES拓撲結構及其交/直流側控制方法。

背景技術

近年來，不可再生資源逐漸被具有“波動性、間歇性、隨機性”特點的新能源所取代。為了提高新能源發電的并網可靠性，開發應用于新能源的儲能裝置，是一項國家電力可持續發展的戰略性技術。超導磁儲能(superconducting magnetic energy storagesystem,SMES)系統得益于其極高的功率密度和儲能效率，作為新型儲能裝置應用于電力系統是未來的必然趨勢。

SMES的功率調節系統通常采用電壓源型變流器(voltage source converter,VSC)的拓撲，而VSC在直流側電壓較低且交流側電壓較高的場合需要級聯額外的直流升壓變流器，增加了系統的成本；且VSC的抗電磁干擾能力較差，開關管可能會發生誤動而導致橋臂直通，造成不必要的經濟損失。

SMES變流器連接了超導磁體和電力系統，是一種用來進行快速電能交互的電力電子裝置，因此它在運行過程中具有多變量、非線性以及強耦合的特點。且變流器的控制性能會對系統的穩定性產生較大的影響。一般地，控制策略分為線性控制和非線性控制兩類。其中，線性控制通常針對用線性微分方程和差分方程表示的理想模型，而通過對實際模型進行局部線性化的方式，只體現了非常有限的局部特性。例如PI控制對系統參數的變化非常敏感，不適合作為復雜非線性系統的控制方法。非線性控制目前有自抗擾控制、反步法控制、模糊控制等方法。其中，自抗擾控制器的控制參數非常多，目前還沒定量的參數設計方法；反步法的設計過程復雜，較大的計算量會使得控制周期變長而失去實時性；模糊控制依賴于工程經驗而缺乏系統性，雖然魯棒性較強，但穩態精度較低。

其次，由于直流側Z源阻抗網絡的引入，使得依賴于系統模型的輸入輸出反饋線性化控制、反步法控制、無源控制等策略的設計過程非常復雜，而傳統PI控制亦難以實現磁體兩端均勻的電壓分布。

綜上所述，在現有技術中，SMES的功率調節系統成本較高且抗電磁干擾能力較差，開關管可能會發生誤動而導致橋臂直通，造成不必要的經濟損失；SMES變流器的傳統交流側控制策略動態響應能力和魯棒性較差，較大的計算量會使得控制周期變長而失去實時性；SMES變流器的傳統直流側控制難以實現超導磁體兩端對稱均勻的電壓分布，影響了SMES的安全運行。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有技術中，SMES的功率調節系統成本較高且抗電磁干擾能力較差，開關管可能會發生誤動而導致橋臂直通，造成不必要的經濟損失；SMES變流器的傳統交流側控制策略動態響應能力和魯棒性較差，較大的計算量會使得控制周期變長而失去實時性；SMES變流器的傳統直流側控制難以實現超導磁體兩端對稱均勻的電壓分布，影響了SMES的安全運行。目的在于提供一種ZSC-SMES拓撲結構及其交/直流側控制方法，解決上述問題。

本發明通過下述技術方案實現：

一種ZSC-SMES拓撲結構，包括依次連接的交流側三相橋電路、Z源阻抗網絡和斬波器，所述交流側三相橋電路的輸入端連接于三相電網；