超导储能装置中的电流源型逆变器

超导储能(SMES)装置中的超导磁体通过AC/DC变流装置与交流电网连接,变流装置主要有电压源型逆变器和电流源型逆变器两种,对于超导储能装置而言,电流源型逆变器与电压源型相比有许多优点。文中主要介绍双桥式和三端口式两种电流源型逆变器,给出了分别采用优化PWM和直接电流PWM开关策略的基本原理和实现方法,并对上述逆变器和PWM开关策略进行了仿真和实验研究。结果表明,采用不同的逆变器结构和PWM开关策略可以达到不同的控制效果,以满足不同的系统要求。     

基于超导储能的并联处理不间断供电系统及其控制策略的研究

介绍了一种基于超导储能(SMES)的并联处理不间断供电系统(UPS),该系统仅采用一套双向电流型变流器,利用超导线圈作为直流侧储能元件,可对多项电能质量指标进行综合调节.作者根据装置的结构特点和工作原理,提出了一种基于电源电流"预补偿"的解耦和前馈补偿控制策略,并通过样机实验验证了该装置结构和文中提出的控制方法的有效性.     

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.     

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.     

超导磁储能系统用多相斩波器矢量切换控制方法

在高功率超导磁储能装置(superconducting magnetic energy storage,SMES)中,电压源型功率调节系统首先利用多相斩波器将超导磁体电流转化成稳定的直流电压,再利用后级电压源型变流器(voltage source converter,VSC)与交流     

超导电感储能高功率脉冲技术及其仿真研究

提出了利用超导磁储能系统(SMES)来提高电力系统稳定性、提供紧急备用电源和实现新概念武器脉冲电源的“一机三职”功能的基础上,研究了一种基于超导电感储能系统和超导开关的脉冲功率成形技术,探讨了超导脉冲功率技术需要解决的重要基础问题;并根据超导电感储能系统及超导开关特性,提出了超导磁体和超导开关的理想结构,设计了一种脉冲成形网络模型;通过控制外加电流触发超导开关失超来控制超导开关断路,实现高密度无损耗储能、可控脉冲整形,并在电阻负载下,进行了脉冲成形回路放电仿真实验,得到了较理想的脉冲功率输出。     

基于可控超导储能的波动负载补偿

提出了一种应用可控超导储能(SMES)装置对波动负载进行补偿的方法。它可以使电网输入的有功功率保持恒定,同时对负载的无功功率进行补偿以提高功率因数。为了有效地进行功率控制,SMES装置的变流器采用电流源型的拓扑结构并与负载并联连接,同时采用闭环控制方法以提高系统的动态性能。为减小交流电流谐波成分,采用了优化脉宽调制开关策略。最后给出了一套20kJ／15kW SMES装置的仿真和实验结果。     

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.     

新型SMES-SFCL多功能组合装置

介绍了几种典型的基于超导储能(SMES)的超导电力组合装置,包括SMES-SPS(串联移相器),SMES-STATCOM(静止无功补偿器),SMES-UPFC(统一潮流控制器)以及SMES-SFCL(超导故障限流器).讨论了一种新型SMES-SFCL的多功能组合装置.该装置在限制一个系统短路电流的同时,可以对另一个独立系统进行电压调节.给出了该装置的拓扑结构和仿真结果,并对该装置的实际应用问题进行了讨论.     

150kVA/0.3MJ电流源型动态电压补偿装置

为保护110 kW负载不受瞬时电压跌落的影响,研制了一套150 kVA/0.3 MJ基于超导储能(SMES)的动态电压补偿(Dynamic Voltage Restorer,简称DVR)装置.该装置主要包括150 kVA的IGBT电流源型变流器、0.3 MJ NbTi超导储能磁体和2.5 mH三相移相电抗器.为了检验装置的补偿性能,在模拟电源电压三相对称跌落和单相跌落的情况下,以110 kW的三相电阻为负载进行了实验验证.实验结果表明,当电源发生对称或不对称瞬时电压跌落时,负载电压能够在一个工频周期(20 ms)内被补偿至额定值.     

高温超导储能实验装置研究

所研制的高温超导储能实验装置由Bi系高温超导线圈、IGBT功率变换器和TMX320F2812DSP控制器组成.BSCCO超导线在液氮温度下临界电流密度低,超导线圈端部漏磁场基本上垂直于超导带表面,使临界电流密度进一步下降,影响了高温超导的实用化进程.文中讨论了解决这些问题的关键技术.     

超导储能系统用四模块组合变流器功率控制设计和实验研究

讨论了超导储能系统用四模块组合变流器的有功功率、无功功率四象限控制的设计问题。为了适应大功率变流器的需要主电路结构采用四模块电流型变流器直接并联,在调试方式上采用载波相移SPWM控制,在较低的开关频率实现大功率变流器SPWM技术,以扩大容量和抑制网侧谐波;在计算功率时采用的瞬时功率理论实时的计算出变流器的有功和无功功率进行闭环控制。同时结合了863项目研制了23kVA的变流器实验样机,对超导储能系统用电流型变流器四象限功率控制方法进行了验证。实验结果表明超导储能系统用组合变流器能独立快速地控制有功功率和无功功率。     

Jiles–Atherton Hysteresis Approach in Analyzing the Effect of Field Suppression in Saturated Iron-core Superconducting Fault Current Limiters

Saturated iron-core superconducting fault current limiters (SISFCL) are becoming more popular in the recent years due to their ability of reliable, effective and instantaneous fault limiting. With a superior performance than conventional current limiting methods, the SISFCL is finding its application in modern transmission lines and distribution system. In the SISFCL, the iron core is forced into saturation using a superconducting coil carrying DC current. During a fault in the system, the high fluxes set up in the AC coils interact with the DC flux, thereby reducing the flux density abruptly. This sudden change in the flux density induces a high voltage across the DC coil, which may damage the DC current source as well as the superconducting material. As a protective measure, a field suppressor unit is used that disconnects the DC supply following a fault. In this paper, a mathematical model of the SISFCL is developed considering hysteresis and the effects of the field suppressor unit have been analyzed. The paper also aims to highlight the effects on the performance of SISFCL with varying hysteresis loops of the core material.     

基于YBa2Cu3O7薄膜的超导故障限流器设计与试验分析

针对直流电力系统短路电流分断困难的问题,提出了基于YBa2Cu3O7薄膜的电阻型超导故障限流器(SFCL)保护方案,设计了300V/200A的SFCL模型机。试验分析了不同的电源电压、负载电感和负载电阻等系统参数对薄膜限流效果及失超特性的影响。试验表明,YBa2Cu3O7薄膜能在短路电流到达临界电流Ic后准确动作,并在0.1ms时间里将短路电流峰值限制在2Ic以内。随着电源电压的增加,薄膜的失超传播速度和失超电阻值迅速增加。推导出限流器重要指标Umax、Imax与线路参数(L、R、Ue)、材料特性(Ic)的数值关系。     

具有故障限流功能的串联型超导储能系统

串联型超导储能系统(SSMES)是一种串联于配电系统的新型超导储能系统.文中研究了应用于变电站的具有故障限流功能的SSMES.基于有源注入电压的原理,SSMES不仅可以补偿电压以提高电能质量,同时也可以快速限制故障电流以保护自身以及整个变电站系统.给出了SSMES的结构,分析了它的原理,并提出了一种用于SSMES的统一控制算法,它既可以使得SSMES向系统注入同相电压进行电压凹陷补偿,也可以使得SSMES向系统注入反向电压进行故障限流.实验结果验证了SSMES的有效性.     

高电流密度超导储能磁体的研制

分析了不同结构超导储能磁体的特点,针对储能量为MJ量级的超导储能磁体计算了漏磁场分布和超导材料的利用率,提出了储能为1 MJ的单螺管型超导储能磁体的设计方案。采用窄液氦通道技术,利用多芯NbTi/Cu复合超导线,研制了储能量为1 MJ的紧凑型超导储能磁体。磁体内径为439 mm,外径为600 mm,高为550 mm。在运行电流为305A时,磁体的最大磁场为4.9 T,中心磁场为4 T。对超导磁体的试验结果表明,磁体的最大运行电流为303 A,放电功率为100 kW。研制的超导储能磁体可作为恒压/恒功率放电的不间断电源的关键部件。     

10 Mvar超导同步调相机总体电磁设计

高温超导同步调相机具有响应速度快、同步电抗小等优异的无功补偿性能,本文介绍和分析了10 Mvar高温超导同步调相机的总体电磁设计。该调相机的额定电压和电流分别为11 kV和525 A,定子采用无磁性齿水冷绕组。励磁绕组采用10 mm宽的REBCO高温超导带材绕制而成,工作温度为30 K,采用冷氦气冷却,额定空载电流为375 A,气隙磁密1.4 T。空载时REBCO绕组上的最大磁密为3.05 T。对阻尼屏蔽层的分析表明其存在一些相互矛盾的特性,需要更为深入的设计。为分析无功补偿特性进行了简单的电路仿真,当满载励磁电流为428 A时,该超导调相机可实现10 Mvar的无功输出。     

Performance evaluation of 6000‐A‐class superconducting field windings for 600‐MW‐class superconducting generators

Superconducting generators have many advantages such as increasing generator efficiency and improving power system stability. In Japan, a national project has been conducted since 2000 which is aimed at the development of fundamental technologies required for high‐output‐density and large‐capacity superconducting generators. This paper describes the results of this project, focusing on 6000‐A‐class field winding development. Copyright © 2004 Wiley Periodicals, Inc. A superconducting generator with a high output density and a large capacity has inherent factors that decrease superconducting stability. These are: (1) increase in the magnetic field in the winding which is caused by the increase in winding current density and (2) difficulty in fabricating windings which increases as a conductor diameter becomes larger. To secure the stability, we adopted a higher‐copper‐content conductor and a design that increases winding fixing pressure, along with devising a winding method that accommodates larger conductor diameter. These improvements were applied to a partial model of a 600‐MW field winding. Test results of the model showed good stability, indicating that design and fabrication technique for a 6000‐A‐class superconducting field winding has been successfully evaluated. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 159(2): 7– 18, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20332     

偏流切换桥路型高温超导故障限流器的实验研究

研究了应用于三相电力系统中偏流切换桥路型高温超导故障限流器实验室样机。正常工作情况,在电桥上引入直流偏置电流,不出现限流;短路故障情况,整流桥中的直流偏流影响限流效果,将直流偏置电压源切换到限流电阻,使故障电流限制到预定的范围。研究了该限流器的工作原理,分析限流参数的变化对其限流特性的影响。实验和仿真表明,该限流器有很好的限流和重合闸能力,能显著减少暂态及稳态的故障电流,有效提高系统的动态稳定性和电网的电能质量。     

应用于超导储能的功率调节系统

讨论了一种适用于超导储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,简称SMES)的电流型功率调节系统.主电路设计采用了模块化结构,易于扩容;控制电路采用以主控DSP和MCU为核心的两级结构.利用瞬时功率检测方法所得到的有功功率和无功功率进行功率闭环控制.实验结果说明.功率调节系统能够在四象限内快速、独立地控制有功功率和无功功率.单机无穷大系统的三相短路实验表明,超导储能系统能够显著抑制发电机的功率振荡.