SMES裝置用電壓源型變流器雙閉環功率控制系統設計

辛 征，魏 莉，施嘯寒

(1. 山東建筑大學 信息與電氣工程學院，山東 濟南 250101；2. 山東大學 電網智能化調度與控制教育部重點實驗室,山東 濟南 250061)

0 引言

超導磁儲能SMES(Superconducting Magnetic Energy Storage)系統具有高儲能效率、快速響應和長壽命的特點[1]，在增強電力系統動態性能、提高電能質量、改善風電場出力特性等方面有著廣闊的應用前景[2- 4]。功率調節系統PCS(Power Conditioning System)作為連接超導儲能磁體與交流電網的接口，其動態特性直接影響SMES系統的性能。根據拓撲結構的不同，PCS可分為電流源型PCS和電壓源型PCS。由于實現方便，電流源型PCS在早期研究中曾得到廣泛應用[5- 6]。然而，基于全控型器件的電壓源型PCS具有無功調節能力不依賴儲能狀態、可利用已有無功補償裝置擴展實現等顯著優點，近年來受到了日益重視[7-8]。

電壓源型PCS由DC-DC斬波器和電壓源型變流器VSC(Voltage Source Converter)組成，通常前者控制直流側電壓，后者控制SMES裝置與電網交換的功率。由于多數應用場合(如提高電力系統靜態穩定極限或改善電力系統暫態穩定)要求SMES裝置表現為四象限運行的可控功率源，構建能夠控制VSC快速準確跟蹤功率指令的控制系統是PCS設計的關鍵。控制理論的進步使得人們嘗試使用新型控制方法如非線性控制理論[9]、直接功率控制[10]等來設計SMES用VSC的控制系統，但實現簡單、魯棒可靠的PI控制器雙閉環控制系統在工程中仍大量使用。

多環控制系統在交流調速[11]及脈寬調制PWM(Pulse Width Modulation)整流器[12-19]控制中應用多年，已發展出一套成熟的參數整定方法，如西門子公司提出的“二/三階最佳”及在此基礎上的改進方法。……