摘要：在超导磁储能中，通过超导体中电阻的相关特性，制作成电能储存的装置。并且由于功率大、损耗小等特点，在当前的电力系统里已有应用。文章通过对机动扰动传播、特性阻抗、仿真等方面进行研究，期望可以为研究者提供相关参考。
关键词：超导磁储能；电力系统；机电扰动传播；传播控制
引言：
在当前的电力系统里，机电扰动传播的存在，能够让系统突破静态稳定的最大值，从而对电力系统在实际中的运行带来相当大的危害。经实践和研究表明，超导磁储能在实际应用中有不少优点。它不仅能够在电能充裕的时候进行储存，也能够为电网提供电能，有效地解决了供电和用电方面的相关矛盾。并且通过一系列的探讨和研究，能够求出相关的阻抗方法，提出任意透射系数方面的控制器相关原理。
一、机电扰动方面的传播
很长时间以来，对于有功功率传播速率方面的认识，大家都认为它在电网里面是按照光速的速率来完成的。但是，在近些年看来，该领域的一些研究人员在研究过程中，采用了一些同步相量方面的测量设备。并切除了美国西部电网某地区的电网负荷，对于切除后的机电相关动态进行观察和测量。从这个举动中，得到了一个机电扰动传播速度方面的结论，那就是这个传播速度比起光速来还有很大的差距。[1]所以，从理论上来看待这个问题，要想获得机电的扰动传播速度，就应当采取另外的一些方法。某些相关的研究工作者采取了建立电力系统里面的连续系统的模型，通过这样的方式，期望可以在波动理论的层面上，研究电力系统里面机电暂态的相关问题。
首先就需要对发电机里面的一些元素进行假设，即同步速和转速是比较接近的，并且发电机里面的内阻抗相当小。同时，还应当将定子绕组当中的电子暂态给忽略掉等。在这样的条件下，很多发电机将会组建成为一种链式的电力系统相关的模型。其次，在电力系统里面，对于这种连续体的模型来讲，可以假设它的参数分布属于均匀分布。当这些发电机之间的距离越来越小，而且相邻两台发电机间的距离接近于0的时候，机电波的相关方程就可以在这种形势下得到了。
对于连续体的参数来说，如果是比较均匀，而且无限延长的，那么，就可以将初始速度带来的影响忽略掉。一般情况下，在电力系统里面，机电扰动的传播速度的快慢，直接影响到电网线路里面的电纳，以及发电机里面的转子角惯量。[2]同时，在发电机里面，当它的角频率和线路相关的一些参数都能够确定下来时，转动惯量就能够对机电扰动传播的速度起到决定性的作用。对于那些距离较长的输电线路而言，如果其发电机组没有进行并联，则转动惯量就可能会接近于零，而传播方面的速率却会相当大，以至于能够同光速的速率相接近了。
二、实际电力系统的机电波特性阻抗分析
对于无线电波的电流、电压幅值以及相位的相关变化而言，射频传输线将会对其造成一定的影响。而在这种影响里面，存在着一种固有的特性，那就是特性阻抗。它相当于线路里各个地方的电压和电流之比。在射频电路里面，对于交变电流而言，电容、电阻和电感都将对它的流动形成一定的阻碍，这些阻碍被统称为阻抗。而对于电磁能量而言，电阻能够对它起到吸收的作用，但电感和理想电容则不能够。如果阻抗的作用集合起来，就可能对无线电波的电流、电压相位以及幅值形成影响。在同轴电缆的相关特性阻抗方面，它不但同相关导体内外直径的大小有关联，而且还同相关导体之间各介质的介电常数相互关联。[3]但是，同传输线路的长短，以及相关的射频器件则没有关联。从另一个角度来看，在射频传输线路里面，电压与电流之间的比值通常是不变的，所以其特性阻抗也是不变的。
在电力系统里面，我们通常所说的机电波特性阻抗，其实就是当电路里面存在着相关的分布参数时，它就相当于电压与电流波之间比值的特性阻抗。在传输线路里面，它属于比较原始的参数。通常情况下，在单位线路里面，它是由线路长度的电阻、电容、电感和电导等方面来决定的。其主要用途是，在输电线路里面，可以对其功率的传输方面进行相关的描述。而在电网里面，就机电波的波长方面，如果它远远超过了离散发电机的空间距离，那么，就可以通过连续体的相关模型，对离散分布型发电机的相关电力系统进行描述。鉴于这种情况，这类特性阻抗就可以被定义成为频率波同有功功率波的比值。同时，可以对机电波方面传播的相关特性进行反映。而且从某各角度来看，这种特性是受到了电网方面相关原始参数的决定性影响，这种原始参数其实就是电纳转子惯性方面的常数。对于机电特性阻抗来讲，相关的集中参数元件其实就是有功功率方面的控制元件，它可以满足有功功率及频率方面的相关要求，同时也满足某一种比值。这种元件较为常见，比方说附带控制性能的储能、发电机等相关元件。
实际上，在电力系统里面，对于发电机里面空间而言，它的相关分布其实是离散型的。当连续体进行建模操作的时候，在空间里面，需要把那些离散分布着的相关惯性常数进行连续化，并且依靠高斯函数的作用，把节点参数同相连线路作连续化的处理。
三、仿真方面的研究分析
在WEEC系统里面，包含了母线127条，输电线路211条，还有发电机37台。通过自定义模型的方式，在PSS/E的仿真软件里面，建立起超导磁储能方面的扰动控制器。在进行仿真的过程中，母线22和51位置都加1个储能方面的相关装置，另外加上1台发电机设备。如图1：
图1 WECC储能控制器
（一）零透射控制分析
对于特性阻抗值而言，只需要在所有的控制器里面将它设置成0.00001的标准值，这样一来，零透射控制就基本上可以完成。同时，当扰动方面的设置还没有开始的时候，将区域里面的母线切断一条，就可以获得100MV的负荷，而燃动的时间也会持续10s。储能的相关装置在母线和母线上面进行安装，而对于发电机的惯性是件来讲，要把它的常数设置成110s，储能时间方面的相关常数要设置成0.02。根据控制方面的某些算法来看，应当获得两台发电机所具有的功率与角频率等方面的增量，并将其当成储能相关装置的数据。[4]而在零透射控制的研究过程中，需要对WECC相关方面进行了解，其示意图如下：
图2
在图3中，a是没有添加控制器的发电机功角方面的扰动图，而b图中则加了控制器。从图中能够得知，当储能控制进行了加装以后，该系统的公交同稳态时之间的偏差就变得更小了。而在c中，控制前相比较，受到扰动的影响会更小一些。d中的电磁功率在增量方面的变化比较小。由图3中能够得知，对于储能装置来讲，电磁功率的增量加上输出功率，基本上相当于线路传输方面的功率增量，从而使得功率波不会对区域2形成相关方面的影响。如此一来，有利于更好地对线路传输功率方面发生的相关变化进行跟踪，使零透射控制得以实现。
所以，对于电力系统而言，根据设计图纸安装了控制器的情况同没有安装的情况作比较，扰动方面的影响基本上都在控制范围之内，对发电机造成的影响相对较小。
（二）任意透射相关系数的控制分析
通过在母线22设计控制器，其透射系数分别是0.6、0.5，能够检验扰动完成任意透射系数方面控制的准确性。在下面图中，通过相关的仿真测量获得了母线21频率方面的相关增量同21-22线路功率增量之间的比值，以及母线22增量同22-27功率增量之间的比值。
当母线方面的相关频率改变了0.005Hz的时候，机电波到达。经过仿真可以得知，机电波到母线21与22时，分别为1.0833s，1.1000s。当对线路21-22的特性阻抗进行计算的时候，可以考虑使用机电波到达母线21时的频率增量，以及21-22线路时的功率增量，将其当成是频率和有功功率方面的正向波，求出其特性阻抗是0.00099057。同样，也可以按照这个思路方法把22-27的阻抗求出来，为0.00076572。因为这两条线路在单位长度上的阻抗是一样的，所以说它们的特性阻抗也一样。由此可得，将两条线路的特性阻抗近似地取值为特性阻抗相加再除以2，即C1=C2=0.00087815。
结束语：
总而言之，在电力系统里面，超导磁储能的应用具有非常重要的意义。它能够在机电扰动的传播方面形成有效的控制。但是，对于机电波来说，如果他的透射系数越小，那么，储能装置就需要越大的容量才能满足要求。如此一来，成本就会更高，并且在生产制造方面难度也会随之而增加。所以，在进行相关的设计时，应当结合实际情况的需要来进行。
参考文献：
[1]陆永卫，吕旭华.试论基于超导磁储能的电力系统机电扰动传播控制[J].通讯世界，2015，10：123-124.
[2]马宁宁，王德林.基于分布式流体网络的电力系统机电扰动传播[J].电网技术，2013，05：1353-1358.
[3]王德林，郭成.电力系统连续体和离散模型中机电扰动传播的一致性研究[J].电工技术学报，2012，06：161-167.
[5]刘洋，唐跃进，石晶，任丽，李敬东，徐颖，龚康，王作帅.超导磁储能系统发展现状及前景[J].南方电网技术，2015，12：58-64.
论文作者:陆永林
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
标签：机电论文; 阻抗论文; 发电机论文; 电力系统论文; 母线论文; 线路论文; 功率论文; 《电力设备》2017年第16期论文;