【基于储能的贯通同相供电系统仿真验证分析案例5100字】

基于储能的贯通同相供电系统仿真验证分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u27497基于储能的贯通同相供电系统仿真验证分析案例 1282931.1系统仿真电路的参数设计 1272761.2系统的不同模式仿真分析 2274721.2.1再生制动模式 2152691.2.2削峰放电模式 4325671.2.3填谷充电模式 7208671.2.4待机模式 1049981.3系统的模式切换仿真 131.1系统仿真电路的参数设计在基于储能的贯通同相牵引供电系统的仿真电路搭建中，最重要的装置为牵引变压器、同相供电装置和储能装置。根据实际牵引变电站运行条件与本文中研究的系统的方案结构，在MATLAB/Simulink平台上完成仿真搭建，其结构与研究方案中保持一致。假设接入变电站的电力系统短路容量为750MVA，主牵引变电所的变压器变比为110kV/27.5kV，高压匹配变压器HMT的变比为110kV/5kV，牵引匹配变压器TMT的变比为1.5kV/27.5kV，其余牵引变电所的牵引变压器TT变比为110kV/27.5kV。对于整个基于储能的贯通同相供电系统而言，由于负载的不同，系统工作在四种不同的模式之下，各种模式间存在切换的阈值。当时，系统处于再生制动状态；当牵引负荷为时，系统处于填谷充电模式；当牵引负荷为时，系统处于待机模式；当牵引负荷为时，系统处于削峰放电模式。1.2系统的不同模式仿真分析1.2.1再生制动模式在再生制动模式下，负荷处于再生制动的情况下，返回给电网的能量，交予储能器进行吸收后，剩余能量送回电网。针对该种工作模式，在负载环节设置反送回电网的功率，对再生制动模式进行仿真实现。选取实测数据中处于再生制动模式下的负荷功率值。为方便仿真，对负荷功率值取整，。对于负载而言，设置负载功率恒定为-10MW，分三种状态进行仿真。设仿真时长为0.3s，其中0s至0.1s，负荷功率全部由牵引变压器来反送回电网，此时的变压器功率为-10MW，储能装置与同相补偿装置均处于待机状态；0.1s至0.2s，同相补偿装置开始工作，负荷功率由牵引变压器与同相补偿装置共同承担来送回电网，储能装置处于待机状态，此时的储能装置功率为0MW，此时牵引变压器的功率为-5MW，同相补偿装置整流侧与逆变侧的功率均为-5MW；0.2至0.3s，负荷功率由同相补偿装置、牵引变压器和储能装置共同承担，此时的储能装置开始吸收能量，牵引变压器的功率为2.5MW，同相补偿装置的整流侧功率为2.5MW，逆变侧功率为7.5MW，储能装置的功率为5MW。各装置功率如下表5-1所示。表5-1再生制动模式的各端口功率装置类型0~0.1s0.1s~0.2s0.2s~0.3s负荷-10MW-10MW-10MW变压器-10MW-5MW-2.5MW整流侧0-5MW-2.5MW逆变侧0-5MW-7.5MW储能00-5MW通过对系统的再生制动模式的仿真实现，可以得到各端口的功率如图5-1所示。图5-1再生制动模式下各端口功率通过计算可得，在未使用同相装置与储能装置时，负荷为-10MW，系统的三相电压不平衡度μ为1.33%；0.1s~0.2s，储能待机，同相装置实现完全补偿；0.2s至0.3s，储能吸收能量，牵引变压器承受的负荷减小，系统实现了完全补偿。再生制动模式下的三相电压不平衡度如图5-2所示，系统的三相电流如图5-3所示。图5-2再生制动模式下的三相电压不平衡度图5-3再生制动模式下的三相电流储能装置在0.2s~0.3s时开始工作，开始从负荷侧吸收能量，超级电容的荷电状态SOC开始增大。储能装置的SOC波形如图5-4所示。图5-4再生制动模式下储能装置的SOC波形从以上的仿真结果可以看出，系统中的储能装置与同相装置开始工作时，可以利用再生制动能量，同时减小系统的负序电流，使三相电压不平衡度减小。系统中同相装置与储能装置的分时段加入运行，体现了系统良好的动态响应能力，证明了在再生制动模式下，上层控制策略与包含同相装置和储能装置的下层控制策略的可行性。1.2.2削峰放电模式当牵引负荷过高时，系统能够利用储能装置放电，使最大功率负荷减小，同时还能够帮助同相供电装置进行负序治理，减小三相电压不平衡度。在负载环节设置需要进行削峰的负荷，储能装置与同相供电装置分时段响应，进行削峰模式的仿真。选取实测数据中系统处于削峰放电模式的牵引负荷值。在仿真中，设负载为35MW，分三种状态进行仿真。设仿真时长为0.3s，其中0s至0.1s，负荷功率全部由牵引变压器承担，此时的变压器功率为35MW，储能装置与同相供电装置均不工作；0.1s至0.2s，同相供电装置开始工作，负荷功率由牵引变压器与同相供电装置共同提供，此时的储能装置处于待机状态，此时牵引变压器的功率为25MW，同相装置整流侧与逆变侧的功率均为10MW；0.2至0.3s，负荷功率由同相供电装置、牵引变压器和储能装置共同承担，此时的储能装置开始释放能量，牵引变压器的功率为25MW，同相供电装置的整流侧功率为5MW，逆变侧功率为10MW，储能装置的功率为5MW。各装置功率如表5-2所示。表5-2削峰放电模式的各端口功率装置类型0~0.1s0.1s~0.2s0.2s~0.3s负荷35MW35MW35MW牵引变压器35MW25MW25MW整流侧010MW5MW逆变侧010MW10MW储能005MW通过对系统的削峰放电模式的仿真实现，可以得到各端口的功率如图5-5所示。图5-5削峰放电模式下的各端口功率通过计算可得，在未使用同相装置与储能装置时，负荷为35MW，系统的三相电压不平衡度为4.67%；0.1s~0.2s，储能不工作，同相装置以最大功率运行，实行满意补偿原则，此时的三相电压不平衡度为2%；0.2s至0.3s，储能释放能量，牵引变压器承受的负荷不变，储能装置开始工作后，同相装置整流侧功率减小，系统三相电压不平衡度增大为2.67%，但仍旧小于短时三相电压不平衡度4%。削峰放电模式下的三相电压不平衡度如图5-6所示，系统的三相电流如图5-7所示。图5-6削峰放电模式下的三相电压不平衡度图5-7削峰放电模式下的三相电流储能装置在0.2s~0.3s时开始工作，开始向负荷侧释放能量，超级电容的荷电状态SOC开始减小。储能装置的SOC波形如图5-8所示。图5-8削峰放电模式下储能装置的SOC波形从以上的仿真结果可以看出，系统中的储能装置与同相装置开始工作时，可以减小两者运行时的功率，同时减小系统的负序电流，使三相电压不平衡度减小。系统中同相装置与储能装置的分时段加入运行，体现了系统良好的动态响应能力，证明了在削峰模式下，上层控制策略与包含同相装置和储能装置的下层控制策略的可行性。1.2.3填谷充电模式填谷充电模式是指系统负荷处于牵引状态且小于填谷阈值，此时的储能装置从电网侧吸收能量，处于充电状态，牵引变压器与同相供电系统一起为负荷提供能量，使得三相电压不平衡度小于国家标准。在负载环节设置需要进行填谷的负荷，储能装置与同相供电装置分时段响应，进行填谷放电模式的仿真。选取实测数据中系统处于填谷模式的牵引负荷功率，为方便仿真，取。在仿真中，设负载为8MW，分三种状态进行仿真。设仿真时长为0.3s，其中0s至0.1s，负荷功率全部由牵引变压器承担，此时的变压器功率为8MW，储能装置与同相供电装置均待机；0.1s至0.2s，同相供电装置开始工作，负荷功率由牵引变压器与同相供电装置共同承担，此时的储能装置处于待机状态，此时牵引变压器的功率为4MW，同相装置整流侧与逆变侧的功率均为4MW；0.2至0.3s，负荷功率由同相供电装置、牵引变压器共同承担，此时的储能装置开始吸收能量，牵引变压器的功率为6.5MW，同相供电装置的整流侧功率为6.5MW，逆变侧功率为1.5MW，储能装置的功率为-5MW。各装置功率如表5-3所示。表5-3填谷充电模式的各端口功率装置类型0~0.1s0.1s~0.2s0.2s~0.3s负荷8MW8MW8MW变压器8MW4MW6.5MW整流侧04MW6.5MW逆变侧04MW1.5MW储能00-5MW通过对系统的填谷充电模式的仿真实现，可以得到各端口的功率如图5-9所示。图5-9填谷充电模式下的各端口功率通过计算可得，在未使用同相装置与储能装置时，负荷为8MW，系统的三相电压不平衡度为0.01%；0.1s~0.2s，储能不工作，同相装置以最大功率运行，实行完全补偿；0.2s至0.3s，储能吸收能量，牵引变压器和同相装置承受的负荷增大，需要为储能装置与负荷同时提供能量，系统实现了完全补偿。填谷充电模式下的三相电压不平衡度如图5-10所示，系统的三相电流如图5-11所示。图5-10填谷充电模式下的三相电压不平衡度图5-11填谷充电模式下的三相电流储能装置在0.2s~0.3s时开始工作，开始从电网侧吸收能量，超级电容的荷电状态SOC开始增大。储能装置的SOC波形如图5-12所示。图5-12填谷充电模式下储能装置的SOC从以上的仿真结果可以看出，系统中的储能装置与同相装置开始工作时，可以在负荷较小时，提高系统的容量利用率，同时减小系统的负序电流，使三相电压不平衡度减小。系统中同相装置与储能装置的分时段加入运行，体现了系统良好的动态响应能力，证明了在填谷模式下，上层控制策略与包含同相装置和储能装置的下层控制策略的可行性。1.2.4待机模式系统的待机模式是指牵引负荷处于削峰阈值与填谷阈值之间，储能装置处于待机状态，既不释放能量也不吸收能量，同相供电装置与牵引变压器一同承担负荷。在负载环节设置处于待机状态的负荷，同相供电装置分时段响应，进行待机模式的仿真。取实测数据中系统处于待机模式的牵引负荷功率，为方便仿真，取整得。在仿真中，设负载为15MW，分三种状态进行仿真。设仿真时长为0.2s，其中0s至0.1s，负荷功率全部由牵引变压器承担，此时的变压器功率为15MW，储能装置与同相供电装置均待机；0.1s至0.2s，同相供电装置开始工作，负荷功率由牵引变压器与同相供电装置共同提供，此时的储能装置处于待机状态，此时牵引变压器的功率为7.5MW，同相装置整流侧与逆变侧的功率均为7.5MW。各装置功率如表5-4所示。表5-4待机模式的各端口功率装置类型0~0.1s0.1s~0.2s负荷15MW15MW变压器15MW7.5MW整流侧07.5MW逆变侧07.5MW储能00通过对系统的待机模式的仿真实现，可以得到各端口的功率如图5-13所示。图5-13待机模式下的各端口功率通过计算可得，在未使用同相装置与储能装置时，负荷为15MW，系统的三相电压不平衡度为2%；0.1s~0.2s，储能不工作，同相装置开始工作，可以实行完全补偿。待机模式下的三相电压不平衡度如图5-14所示，系统的三相电流如图5-15所示。图5-14待机模式下的三相电压不平衡度图5-15待机模式下的三相电流从以上的仿真结果可以看出，系统中同相装置在待机模式开始工作时，可以减小系统的负序电流，使三相电压不平衡度减小。系统中变压器与同相装置的分时段加入运行，体现了系统良好的动态响应能力，证明了在待机模式下，上层控制策略与包含同相装置的下层控制策略的可行性。1.3系统的模式切换仿真为了更好的测试系统的动态响应能力，改变负载的功率值，使得系统运行在不同的工作模式，在四种模式之间进行切换。在仿真的过程中，根据负荷功率的不同，系统从再生制动模式开始，经过填谷充电模式和待机模式，最后到削峰放电模式。在模式切换仿真中，设负载功率从-10MW到8MW、15MW和35MW进行变化，分四种状态进行仿真。设仿真时长为0.4s，其中0s至0.1s，负荷功率为-10MW，负荷处于再生制动状态，负荷功率由牵引变压器和同相补偿装置承担，储能装置从负荷侧吸收能量，此时的变压器功率为-2.5MW，同相补偿装置整流侧的功率为-2.5MW，逆变侧的功率为-7.5MW，储能装置的功率为-5MW；0.1s至0.2s，负荷功率为8MW，负荷处于填谷充电状态，负荷功率由牵引变压器和同相补偿装置承担，储能装置从电网侧吸收能量，此时的变压器功率为6.5MW，同相补偿装置整流侧的功率为6.5MW，逆变侧的功率为1.5MW，储能装置的功率为-5MW；0.2至0.3s，负荷功率为15MW，负荷处于待机状态，负荷功率由牵引变压器和同相补偿装置承担，储能装置待机，此时的变压器功率为7.5MW，同相补偿装置整流侧的功率和逆变侧的功率均为7.5MW，储能装置的功率为0MW；0.3s至0.4s，负荷功率为35MW，负荷处于削峰放电状态，负荷功率由牵引变压器和同相补偿装置以及储能装置承担，储能装置释放能量，此时的变压器功率为25MW，同相补偿装置整流侧的功率为5MW，逆变侧的功率为10MW，储能装置的功率为5MW。各时段的各端口功率如表5-5所示。表5-5模式切换时各端口功率装置类型0~0.1s0.1s~0.2s0.2s~0.3s0.3s~0.4s负载-10MW8MW15MW35MW变压器-2.5MW6.5MW7.5MW25MW整流侧-2.5MW6.5MW7.5MW5MW逆变侧-7.5MW1.5MW7.5MW10MW储能-5MW-5MW05MW通过对系统的四种模式进行切换的仿真实现，可以得到各端口的功率如图5-16所示。图5-16系统模式切换时各端口功率通过计算可得，在再生制动模式与填谷模式，储能装置与同相装置都工作，既能够通过储能装置充放电，实现对负荷的曲线的削峰填谷，又能在同相装置的作用下，对负序进行补偿，使系统的三相