高温超导磁储能用斩波器仿真及试验

针对高温超导磁体充、放电对超导储能系统斩波单元稳定运行的要求,对超导磁储能电压型功率调节系统进行了研究,采用状态空间平均法建立斩波器充电及放电模式的数学模型,分析斩波器充电、续流及放电的工作原理,并设计斩波器的电流闭环反馈控制方法。基于第2代高温超导线圈,考虑到线圈电感量及其限流保护,应用Matlab软件进行了斩波器充电和放电工作模式仿真,并且搭建了一个超导储能的斩波器试验系统,应用DSP2812处理器实现对超导磁体充、放电控制。磁体电压、磁体电流及直流母线电流仿真与实验波形吻合较好,所应用的斩波器数学模型及其控制方法能实现对超导磁体快速稳定地充、放电和续流。     

基于DSP2812高温超导储能系统斩波器控制设计

电压型超导储能(Superconduction Magnetic Energy Storge,简称SMES)系统的斩波器用于对超导磁体快速稳定充放电。研究了SMES系统用斩波器充放电的工作原理,采用状态空间平均法建立其数学模型,并提出一种斩波器充电、放电的闭环控制方法。基于第2代高温超导磁体及其限流保护,搭建了斩波器实验系统,应用DSP2812处理器实现对超导磁体充放电的控制。实验结果表明,所应用斩波器控制方法的性能良好,可以满足SMES系统的要求。     

SMES中超导线圈电流调节器设计、建模、仿真

超导储能装置(SMES)的超导线圈在充电时,要求其充电速度比较快,同时要求电流超调量不能太大,保证磁体在超导态下运行。超导线圈电流达到稳态,SMES处于待机状态时希望电流保持恒定,以减少磁体电流变化带来的损耗。本文设计了主电路电气参数和控制电路-电流调节器,建立系统数学模型,并基于传统电流调节器进行了工程上的改进,最后对超导线圈充电过程进行了仿真、分析,得到开关元件及超导线圈的过渡过程曲线,为选择电力元件及设计超导线圈提供相关参数。     

行波磁场中高温超导电动悬浮磁体的热性能研究EI北大核心CSCD

地面线圈的交变磁场会在超导电动悬浮磁体中感应出涡流,产生涡流损耗,导致磁体温度上升。该文研究地面推进线圈产生的行波磁场对车载高温超导磁体热性能的影响,首先介绍高温超导磁体和推进线圈结构,分析行波磁场空间分布特征;搭建高温超导磁体热性能测试平台,测量行波磁场激扰下超导磁体内关键组件的温度分布,揭示各组件温度耦合关系;最后探究行波磁场频率和峰值对磁体温升的影响规律。结果表明,行波磁场激扰下,超导线圈的温升可忽略不计,但辐射屏温升显著,进一步使超导电流引线温度升高,增大电流引线失超风险,为此提出2种方法来限制电流引线温升。该研究成果可为高温超导悬浮磁体低温结构和电流引线的设计提供参考。     

超导磁储能系统的失超检测及保护综述

超导储能磁体的失超是超导电力设备技术实用化有待深入研究的一个重要问题。笔者综述了超导储能磁体的设备级失超检测及保护方法,并提出了参考性建议。     

高温超导磁通泵研究进展与发展趋势

高温超导磁通泵是一种基于电磁感应定律的高温超导磁体无接触式供电设备,可在没有任何直接电接触或物理接触下将磁通量泵入超导闭环线圈,以补偿高温超导磁体系统衰减的电流并确保磁体磁场稳定性,从而使高温超导磁体能够工作在持续电流模式下,为实现稳态强磁场提供技术支持.超导磁通泵未来能够替代昂贵的高温超导磁体电流引线,在减小体积和重量的前提下有效提高无线电源设备的能效及可靠性,降低超导磁体带材使用量及制冷机功率,极大地推动高温超导磁体的广泛应用,将对航空航天、国防军事、轨道交通、生物医疗、高能物理等工程应用领域的技术革新做出贡献.本文总结了不同类型高温超导磁通泵的设计方案、技术特点以及最新研究进展,对比分析了各类型超导磁通泵的优缺点与应用前景,阐述了磁通泵在超导磁体及超导电机等应用领域中的潜在发展趋势,为高温超导磁体无线直流电源技术提供了理论支持与技术展望.     

直流快速开关换流分析

介绍了超导托卡马克装置中失超保护开关--直流快速开关的工作原理,并通过理论和实验分析了其在换流过程中的规律.为超导磁体失超保护开关及电感储能脉冲电源电路的开关选择和电流换流回路参数的确定提供依据.     

传导冷却高温超导储能磁体制作

介绍高温超导储能的特点,提出一种超导储能磁体的结构及其制作工艺,能保证了超导磁体的导冷效率、绝缘强度,还有效地提高了磁体的机械强度。     

高温超导线圈的性能研究与应用进展

以铜基氧化物超导体为代表的高温超导材料,在液氮温度下将呈现特殊的超导性。使用铜基氧化物超导带材制作的高温超导超导线圈,具备无电阻、高载流、低重量等优势,因此在强磁体、限流器、储能、电机等领域得到广泛应用。由于超导线圈处于“力-电-磁”的复杂工作环境,需要对其机械性能、交流损耗、失超等进行研究。为此,本文综述和分析了高温超导线圈的研究和应用进展。     

空芯螺管型超导储能磁体的优化设计方法

微、小型超导储能系统由于运行操作灵活性和制造工艺简单而在电力系统中具有广泛的应用前景。作为超导储能系统的关键部件,储能超导磁体的优化设计,不仅应从技术上保证超导储能系统运行的安全可靠性,而且应能最大限度地降低制造成本。本文针对超导储能磁体系统的基本组成单元－螺管型超导磁体,从磁体绕组的基本参数如绕组厚度、径高比的变化出发,分析了螺管型储能超导磁体的储能效率,提出了螺管型超导储能磁体的优化设计方法。     

失超保护系统中固态开关的均流控制

失超保护系统在超导托卡马克的运行中发挥着重要作用,其在失超发生时快速转移储存在线圈中的磁场能量,从而保护超导磁体。由于失超保护系统功率较大,在应用时必须并联多个固态开关模块,因此带来的均流问题也有待进一步的解决。本文在选定IGBT作为失超保护系统中的固态开关后,分析了影响其均流的因素,采用调节栅极电阻的方式进行IGBT关断时的动态均流,并对栅极电压进行PI控制以实现IGBT导通时的静态均流,仿真和实验结果均证明了220A电流下该控制方案的有效性。相比于传统支路串入阻抗的均流手段,该方案无须改变主回路,控制方式简单,灵活性更好,同时能有效抵御干扰的影响,进一步推动了固态开关在失超保护系统中的实际应用。     

超导储能在并网直驱风电系统中的应用研究

针对直驱风电系统并网运行过程中存在的输出有功功率波动和低电压穿越问题,在变换器的直流环节并联超导储能系统。对超导储能系统的斩波器提出双闭环加脉冲判断的控制策略,确保超导磁体线圈电流水平,使超导储能系统可以快速、准确地充放电,从而稳定直流环节功率。同时,通过引入谐振控制器的方法,对网侧变换器的控制策略进行改进,实现电网电压不对称跌落情况下,负序分量引起波动的有效控制。仿真结果表明,采用上述方案后直驱风电系统向电网输送较为平滑的有功功率、低电压穿越能力得到了提升。     

基于共直流电压母线级联型超导储能系统的动态电压恢复器最小能量控制

构造了基于共直流电压母线级联型超导储能系统的动态电压恢复器,根据该装置直流母线电压可控的特点,提出了基于直流母线电压控制的最小能量控制方案。该方案通过控制直流母线电压的幅值,实现了有功功率从电网经十二脉波二极管整流器到直流电压母线的可控传输,减少了对斩波器输出有功功率的需求,降低了超导磁体的储能量,延长了电压暂降的补偿时间。同时,文中还对控制系统进行了整体设计,实现了动态电压的补偿和最小能量控制。仿真结果证明了所提控制策略的可行性。     

基于SMES的综合电能质量调节器及其设计

本文介绍一种基于超导储能(SMES)的综合电能质量调节装置,阐明了装置的电路结构和工作原理,通过实验验证了该装置结构和控制的有效性,分析了主电路参数的设计方法.     

超导限流储能系统的原理与有源限流仿真

基于限流集成原理与储能集成原理,共用一个超导磁体,将桥路型超导故障限流器(BSFCL)与超导储能系统(SMES)集成于一体,构成了超导限流储能系统(SFCL-MES).该系统解决了桥路型故障限流器不能限制故障电流稳态值以及超导储能在系统故障时的补偿容量过大的问题.所提出的SFCL-MES既可以限制故障电流峰值和稳态值,也可以补偿系统电压,提高了超导磁体的利用率.文中分析了SFCL-MES的有源限流的原理,给出了它的有源限流等效模型.在此基础上,提出了SFCL-MES的有源限流的2种实现方法:有源电阻限流和有源电压限流.在PSIM上对SFCL-MES有源限流的各种方式进行了仿真.仿真结果验证了它的可行性.     

基于粒子群优化的SMES-FCL组合装置的研究

在现代电力系统中,随着电网规模的增大,配电网的安全与可靠性问题日益突出。当系统发生短路故障时,短路电流远远大于线路正常运行时的额定电流,对配电网的运行带来了极大的危害。为了有效地限制短路电流,本文提出了基于电压源型变流器的SMES-FCL结构以及该结构的控制策略。其中,超导磁储能系统 (SMES) 拥有很高的功率密度,用于平抑系统中的功率波动。故障限流器 (FCL) 与SMES共享一个超导磁体,用于削弱故障线路上的短路电流。最后运用改进的粒子群算法和层次分析法,实现了对SMES-FCL组合装置的参数优化。仿真结果表明,本文提出的SMES-FCL组合装置的控制策略在简化控制结构的情况下,能够削弱系统中短路电流,并对另一系统的功率波动进行有效的平抑,实现了配电网的主动保护。     

用于超导储能系统的电流调节器试验研究

为实现超导线圈和电网之间的快速双向转换,设计了一种由电压型变换单元、高频变压器单元、电流型变换单元3部分构成的电流调节器.该电流调节器通过控制它和电压型换流器连接处的电容电压值来调节超导磁体充放电的方向,并采用双极性控制.最后给出了1台600W的电流调节器样机的试验结果,试验结果表明,该电流调节器可以满足超导储能系统的需要.     

电压型高温超导储能系统变流器设计与试验

为提高电力系统动态稳定性,实现高温超导储能系统对电网电压跌落的有效补偿,采用三单相H桥型拓扑结构,搭建了一个电压型高温超导储能系统功率变换器.对控制系统、信号调理系统、功率和驱动保护电路进行了设计;基于SPWM脉冲触发方式,应用TMS320F2812型DSP实现了动态电压瞬时跌落补偿的全数字闭环控制,给出了相关的软件程...