,,,,,，，

(廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西壯族自治區(qū) 南寧 530004)

1 引言

全球發(fā)生的一些大停電事故對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成了巨大損失和人們的生活都帶來了諸多不便。例如：2003年北美發(fā)生的“8.14”事故，停電時(shí)間長(zhǎng)達(dá)29h，直接經(jīng)濟(jì)損失300億美元左右。近年來，國(guó)內(nèi)外大規(guī)模電網(wǎng)事故時(shí)有發(fā)生；據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2010年總的就發(fā)生大停電事故13起，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)300億美元左右[1-2]，調(diào)查結(jié)果表明：事故主要是由電壓失穩(wěn)引起的，因此，電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析與控制也一直都是廣大電力工作者比較熱衷的研究課題。

傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行模式就是發(fā)電量與用電量保持一種動(dòng)態(tài)平衡，也就是所謂的“即發(fā)即用”狀態(tài)，而現(xiàn)代電力系統(tǒng)電網(wǎng)覆蓋范圍廣，區(qū)域耦合性強(qiáng)，如果發(fā)生擾動(dòng)就會(huì)引起電力系統(tǒng)功率的不平衡，一旦功率不平衡就會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性遭到破壞，發(fā)生大的事故[3-4]。隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，大量的新能源技術(shù)(風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電)被提至國(guó)家戰(zhàn)略層次，由于其固有的間歇性問題都是限制其大規(guī)模發(fā)展的瓶頸，而儲(chǔ)能技術(shù)的出現(xiàn)則可以與新能源發(fā)電起到相輔相成的作用，在這種背景下，儲(chǔ)能技術(shù)就受到許多學(xué)者的關(guān)注，特別是電容器儲(chǔ)能技術(shù)。

考慮到系統(tǒng)發(fā)生三相短路等大故障時(shí)或電容器的容量不能吸收過多的短路功率，在這種考慮下，本文在電容器組前端串聯(lián)一個(gè)制動(dòng)電阻模塊R，從而對(duì)電容器組起到了保護(hù)作用，因此，提出了超級(jí)儲(chǔ)能制動(dòng)電容(SSBC)模型結(jié)構(gòu)。SSBC能夠很好地維持發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行、抑制阻尼震蕩、改善系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)及電能質(zhì)量[5-6]。同時(shí)在提高輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性方面優(yōu)于其它儲(chǔ)能裝置，在其它應(yīng)用領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。

因此，本文在這種背景下提出了發(fā)電機(jī)無勵(lì)磁系統(tǒng)與SSBC非線性控制器的設(shè)計(jì)，采用DAMNC的設(shè)計(jì)方法，通過選取合適的輸出函數(shù)來配置閉環(huán)函數(shù)的平衡點(diǎn)，使被控系統(tǒng)得到優(yōu)良的控制效果[7]。并通過Matlab仿真平臺(tái)驗(yàn)證DAMNC設(shè)計(jì)方法比傳統(tǒng)PID設(shè)計(jì)方法的優(yōu)越性。

2 單機(jī)SSBC微分代數(shù)模型

發(fā)電機(jī)機(jī)端并聯(lián)SSBC的單機(jī)無窮大系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 單機(jī)SSBC系統(tǒng)的電路圖

圖2所示的是SSBC裝置的原理圖，可知SSBC實(shí)質(zhì)是由電容器組模塊、電壓型雙向DC/AC、DC/DC變流器、制動(dòng)模塊 及控制裝置構(gòu)成。

圖2 超級(jí)儲(chǔ)能制動(dòng)電容器裝置的原理圖

本文根據(jù)SSBC的原理圖，建立了SSBC的輸入輸出數(shù)學(xué)模型，遵循電路的基本原理，并通過dq坐標(biāo)變換推導(dǎo)出SSBC二階時(shí)域數(shù)學(xué)模型。最后可得SSBC的數(shù)學(xué)方程可以描述為：

根據(jù)DAMNC的設(shè)計(jì)方法選取合適的輸出函數(shù)h(x,w)為：

3 算例仿真分析

3.1 算例簡(jiǎn)介

3.2 實(shí)例計(jì)算

DAMNC控制律選取的輸出函數(shù)系數(shù)矩陣和i空間反饋系數(shù)K選取為：

為了方便對(duì)比，還設(shè)計(jì)了單變量的PID控制器，控制器框圖如圖3所示。

圖3 PID控制框圖

選取的參數(shù)為：Kp=81.5，Ki=5，Kd=0。

3.3 三相短路仿真分析

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)SSBC對(duì)系統(tǒng)的良好控制效果，模擬系統(tǒng)在1s時(shí)發(fā)生三相短路故障，0.2s后切除故障后自動(dòng)重合閘，電磁功率的偏差值ΔPe、機(jī)端電壓偏差ΔUg、功角偏差Δδ、角頻率偏差Δω的響應(yīng)曲線曲線如圖4所示。

圖4 單機(jī)SSBC三相短路擾動(dòng)是的系統(tǒng)響應(yīng)曲線

由圖4可知：當(dāng)系統(tǒng)遭受三相短路的大擾動(dòng)時(shí)，SSBC裝置能快速吸收短路產(chǎn)生的大量功率，減小了發(fā)電機(jī)功角加速面積，故障切除后，SSBC裝置能快速向系統(tǒng)提供功率支撐，從而增大減速面積，很好地維持了機(jī)端電壓和功角的的穩(wěn)定，有效抑制了頻率震蕩。

4 結(jié)論

本文建立了微分代數(shù)模型的SSBC與無機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)模型。利用DAMNC來進(jìn)行控制律設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明：SSBC控制器能快速提供有功、無功支撐，很好地維持了機(jī)端電壓的穩(wěn)定，還有效地抑制阻尼震蕩。DAMNC方法設(shè)計(jì)的SSBC控制器明顯比PID方法設(shè)計(jì)的控制器響應(yīng)曲線的電壓恢復(fù)時(shí)間很短，系統(tǒng)功角波動(dòng)更好的被抑制，動(dòng)態(tài)過程更加光滑。