超导技术在能源和电工领域应用的研究现状 (下)

七、超导电感储能在超导态时超导电感线圈的电阻为零,线圈中储存的能量就可以长期无损耗的保存下去。利用超导电感储能装置,平时可以将电能储藏起来,在需要时可以以脉冲方式很快释放出来,也可以平稳地逐步释放出来。超导电感储能装置可以用于核物理实验、受控热核反应和激光装置等作为脉冲电源。大型超导储能装置可以在电力系统中用作负荷调平和提高电力系统的稳定性。     

超导材料在电力系统中的应用

在电力系统中采用超导技术,可扩大电网的输送容量,降低传输损耗,提高系统运行的稳定性和可靠性,改善电能质量,并有利于保护环境。超导材料的发展促进了超导应用技术的发展,超导技术在电力系统中具有非常广阔的应用前景,是21世纪电力科学技术最具发展潜力的应用之一。超导材料在超导电缆、超导变压器、超导电机、超导故障电流限制器、超导储能器等超导电力设备中的实用化将把电力科技的发展带入一个崭新的阶段。     

超导磁储能装置在风电系统控制中的应用

超导磁储能装置(SMES)是将超导技术、电力电子技术、控制理论和能量管理技术相结合的一种新型储能装置。在实时补偿系统中,由于各种原因会产生不平衡功率,SMES从这一新的角度出发考虑提高电力系统稳定性的问题。理论研究表明,SMES是一种提高电力系统稳定性的非常有效的新措施。为促使这一理论的广泛应用,同时进一步提高SMES的可靠性,研究将超导磁储能装置应用于风电场,以稳定系统输出;在此基础上,对风电场中超导磁储能装置的信号选取和控制策略等关键技术进行研究,阐述了未来的发展趋势。     

超导电工技术

1 引言超导电工技术涵盖了超导电力科学技术和超导强磁场科学技术。随着经济和社会的发展,人们对电能的需求量日益增长,对电能质量的要求越来越高。采用超导电力科学技术,不仅可以大大提高单机容量和电网的输送容量并大大降低电网的损耗,而且还可以明显改善电能的质量、提高电力系统运行的稳定性和可靠性、降低电压等级、提高电网的安全性,降低电网的占地面积和电网的造价及电网     

超导储能技术在电力系统中的应用与展望

对储能技术的类型及在电网中应用进行了介绍,综述了超导储能技术应用于电力系统稳定控制和改善电能质量方面目前所做的研究,提出了超导储能装置在电网中的最优位置安装以及容量的选择,分析了超导储能装置与调速器,发电机励磁等非储能设备之间的协调控制,最后对超导储能技术研究方向作出了展望.     

微网中储能技术比较及应用

现有的研究和实验表明,微网是将分布式能源并入电网的有效途径之一,可与大电网互为支撑.首先分析了微网中的储能装置的作用:不仅可以提高分布式发电利用率,还可有效保障供电可靠性,改善电能质量,提高系统稳定性;然后介绍了飞轮储能、蓄电池储能、超级电容器储能和超导储能等各储能技术的性能和优势,和它们在国内外微网研究中的应用现状;最后结合微网对储能装置的要求展望了各储能技术的应用前景.     

电力系统稳定控制用高温超导磁储能装置及实验研究

超导磁储能稳定控制装置是将超导电力技术、大功率电力电子技术和控制理论相结合的一种新型电力系统稳定控制装置。它从及时补偿系统中由于各种原因产生的不平衡功率这一个新的角度出发考虑提高电力系统稳定性的问题，可望为解决由于功率不平衡产生的电力系统失稳问题提供一条新的途径。理论研究结果表明，这是一种非常有效的电力系统稳定控制措施。为了促进这一成果的广泛应用，同时进一步研究这种装置在实现过程中可能产生的问题，该作者在实验室环境中研制了一套基于直接冷却技术的高温超导磁储能控制装置样机，并在电力系统动态模拟实验室环境下，对该样机的性能进行了实验，得到了满意的结果。该文在简述利用超导磁储能控制装置进行电力系统稳定控制原理和特点的基础上，详细介绍了研制的高温超导磁储能稳定控制装置实验样机的构成和功率调节特性实验结果，以及将它用于电力系统动态模拟系统进行稳定控制的实验结果。     

HTS电缆和SMES应用于分布式电源电能的传输

高温超导(HTS)电缆具有低损耗、大容量、无污染等优点,由于超导电缆的优越特性已在国内外应用在工程中。超导磁储能(SMES)具有低损耗、储能效率高、快速响应等诸多优点。本文基于二者的优点结合,HTS的低消耗高效率传输等优点能降低超导储能装置(SMES)提供给不稳定的分布式电源高效率的电能传输,增强系统并网的可靠性。HTS电缆和SMES的综合应用能够使电网更为坚强,有助于实现与相邻电网的电能交换,是智能电网基础技术之一,已在电力系统中已受到越来越多的关注。     

高温超导电缆和超导磁储能在分布式电源的能量传输中的应用

高温超导(HTS)电缆具有低损耗、大容量、无污染等优点,由于超导电缆的优越特性已在国内外应用在工程中。超导磁储能(SMES)具有低损耗、储能效率高、快速响应等诸多优点。本文基于二者的优点结合,HTS的低消耗高效率传输等优点能降低超导储能装置(SMES)提供给不稳定的分布式电源高效率的电能传输,增强系统并网的可靠性。HTS电缆和SMES的综合应用能够使电网更为坚强,有助于实现与相邻电网的电能交换,是智能电网基础技术之一,已在电力系统中已受到越来越多的关注。     

“超导电力技术”专题征稿启事

正超导电力技术是一门前沿高技术,是电气工程领域的革命性新技术。超导电力技术的应用,可以提高电网的输送能力、降低电网损耗、实现电能的快速存取、有效地限制短路电流,因而可以改善电能质量、提高电力系统运行的稳定性和可靠性,从而为实现安全、高效、坚强的智能电网提供强大的技术支持。因此,超导电力技术被誉为21世纪电力工业唯一的高技术储备,已成为国际能源技术发展的重要方向之一。     

未来的用户电力技术

信息电力概念的提出凸显了供电质量对未来信息社会的重要性，而如何保证社会可持续发展的能源供应和如何提高越来越庞大的现代电力系统的运行安全性、可靠性则是当今电力工业面临的新挑战。用于提高供电质量的动态电能质量调节技术、用于提高电能利用率及利用新能源的电能变换技术以及用于提高系统反事故能力的固态开关技术等3 类用户电力技术，将为解决以上问题提供有效途径。文中分析了上述各种技术产生的背景， 展望了这几种用户电力技术在我国的发展前景。     

SMES及其在电力系统中的应用

ＳＭＥＳ（超导蓄能）是一种高效、快速的蓄能装置,在电力系统中具有广泛的应用前景。全面总结了ＳＭＥＳ在电力系统中的作用,分析了ＳＭＥＳ在使用中的局限性,提出了ＳＭＥＳ今后的研究方向。从已有的ＳＭＥＳ工程实践来看,ＳＭＥＳ在电力系统中能起到很大作用,但受制造工艺水平的限制,目前只有小型ＳＭＥＳ能完全用于电力工业,大型ＳＭＥＳＲ 实用化还有赖于超导技术的进步。     

超导—蓄电池混合储能装置接于配电网对电压稳定性的影响

建立了超导储能(SMES)-蓄电池(BESS)混合储能在电压分析中的简化数学模型。充分利用蓄电池的能量密度大、造价低和超导储能的功率密度大,循环周期长的优点互补供电,大大提高了系统改善电压的性能。混合储能装置经双桥系统与配电网交流系统相接,能大大提高接入的容量。具有快速响应的超导储能装置使得混合储能装置具有快速接入的特点,采用触发角控制原则触动系统输出功率来改善电压稳定。在Matlab平台上,对给出的算例进行仿真计算。仿真结果表明,混合式储能装置接于配电网能有效的改善系统的电压稳定性。     

超导储能装置应用于风电场平滑功率输出的研究

建立了风电机组和超导储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)装置的数学模型以研究SMES对并网风电场运行稳定性的改善。针对风电系统中经常出现的联络线短路故障和风电场的风速扰动,提出利用SMES安装点的电压偏差作为SMES有功控制器的控制信号的策略。并搭建了风电场接入电网后的仿真模型,对实例系统进行的仿真计算结果表明,SMES采用该控制策略,不仅可以在网络故障后有效地提高风电场的稳定性,而且能够在快速的风速扰动下平滑风电场的功率输出,降低风电场对电网的冲击。     

超导储能改善并网风电场稳定性的研究

建立了风电机组和超导储能(SMES)装置的数学模型以研究SMES对并网风电场运行稳定性的改善.针对风电系统中经常出现的联络线短路故障和风电场的风速扰动,提出利用SMES安装点的电压偏差作为SMES有功控制器的控制信号的策略.对实例系统进行的仿真计算结果表明,SMES采用该控制策略,不仅可以在网络故障后有效地提高风电场的稳定性,而且能够在快速的风速扰动下平滑风电场的功率输出,降低风电场对电网的冲击.     

基于超导储能的暂态稳定控制器设计

设计了用于提高电力系统的暂态稳定超导储能(SMES)装置的非线性鲁棒控制器,并从数字仿真和动模实验两方面进行了验证。为了简化动态性能分析和控制器设计,在实验样机的基础上,提出了新的基于电流型变流器的SMES的动态模型,并将其转化为标幺制模型。通过外部干扰的引入,得到了装设SMES的单机无穷大系统的动态模型,并采用精确线性化方法和线性H∞控制理论设计了SMES的非线性鲁棒控制器。为了验证该控制器的效果,对装设SMES单机无穷大系统进行了数字仿真和动模实验,并将其与常规PI控制器进行了比较。仿真和实验结果都证明了非线性鲁棒控制器具有良好性能。     

储能技术及其在电力系统稳定控制中的应用

基于储能原理的稳定控制装置通过向电力系统提供系统不平衡有功和无功功率的补偿可以有效地提高交流输电系统的稳定性。详细分析了这类控制装置的工作原理，并建立了其数学模型。在此基础上，进行了特征值和时域仿真分析，以探讨其工作特性。作为应用实例，较详细介绍了两种基于不同储能原理的电力系统稳定控制装置，一种是基于超导磁储能原理的电力系统稳定控制装置；另一种是基于飞轮储能原理的电力系统稳定控制装置。基于超导磁储能原理的电力系统稳定控制装置由超导磁体、电力电子变换装置和相应的控制系统组成。文中研究了该装置向小扰动情况下的大型互联电力系统低频振荡提供阻尼和在大扰动情况下增强系统暂态稳定性的能力。此外，还介绍了作者研制的基于超导磁储能电力系统稳定控制装置的样机，并在实验室环境下进行了控制装置的特性试验。对于基于飞轮储能的电力系统稳定控制装置，介绍了控制装置的基本原理和系统构成，并用数字仿真的方法对其工作特性进行了分析，得到了满意的结果。     

Power oscillation damping by superconducting magnetic energy (SMES) storage unit

With the increase in the size and capacity of electric power systems and the growth of widespread interconnections, the problem of power oscillations due to the reduced system damping has become increasingly serious. Since a Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) unit with a self-commutated converter is capable of controlling both the active (P) and reactive (Q) power simultaneously and quickly, increasing attention has been focused recently on power system stabilization by SMES control. This paper describes the effects of SMES control on the damping of power oscillations. By examining the case of a single generator connected to an infinite bus through both theoretical analyses and experimental tests (performed with a SMES unit with maximum stored energy of 16 kJ and an artificial model system), the difference in the effects between P and Q control of SMES is clarified as follows:

• 1 In the case of P control, as the SMES unit is placed closer to the terminal of the generator, the power oscillations will decay more rapidly.
• 2 In the case of Q control, it is most effective to install the SMES unit near the midpoint of the system.
• 3 By comparing the P control with Q control, the former is more effective than the latter based on the conditions that the SMES unit location and the control gain are the same.

     

利用柔性功率调节器提高电力系统稳定性

多功能柔性功率调节器(FPC)是一个大容量低速飞轮储能系统,也是一种新型FACTS装置。它由双馈电机(DFIG)和作为交流励磁电源的电压源型双PWM变换器组成。类似于超导磁储能(SMES),FPC具有独立的有功和无功调节能力,能提高电力系统稳定和改善电能质量。与SMES相比,FPC易于开发和运行,成本也低。为了提高FPC的控制性能,提出了一种改进型定子磁链定向控制策略。该策略对于电网电压波动具有较好的鲁棒性,且易于实现。针对一个包含FPC的双机无穷大母线系统进行仿真,证明该改进型控制策略具有良好的动态特性,电力系统的稳定性得到明显改善。