超导限流储能系统的磁体结构优化

超导限流储能系统(SFCL-MES)的能量以磁场的形式存储在超导磁体中,因此漏磁场对于变电站的电磁干扰问题成为影响其应用的关键问题之一.文中对用于SFCL-MES的多种磁体结构的漏磁场进行了分析与优化,以选择合适的磁体构型,便于SFCL-MES安装在变电站中.首先对于超导限流储能系统磁体的漏磁场进行了勒让德多项式分析.在此基础上,对于多种磁屏蔽型磁体构型,包括同轴同心、轴向排列、轴线平行组合磁体结构,以减小漏磁场和所用的超导线材最少为目标,给出了优化模型,并采用序列二次规划(SQP)方法对模型进行求解.最后对优化结果进行了比较分析.     

超导限流储能系统的集成设计与试验

为了试验超导限流储能系统（SFCL-MES）的基本原理，设计了1台220 V/25 A/6 kW的SFCL-MES模型样机。提出了一种用于配电系统的SFCL-MES的系统结构，它由2个串联于变电站负荷的故障限流端口及1个并联于变电站母线的储能端口组成，既可以限制变电站的短路电流，又可以提高整个变电站的供电质量。分析了SFCL-MES的集成设计原理，讨论了SFCL-MES的4个组成部分：双向换流器单元、双向电流调节器单元、全波整流桥单元以及高温超导磁体单元的设计结构以及主要参数。在模型上对SFCL-MES的故障限流原理进行了试验，初步验证了它的有效性。     

超导限流储能系统的建模与优化

超导限流储能系统(SFCL-MES)是将超导储能系统与桥路型超导限流器集成起来实现的, 二者共用一个超导磁体。文中分析了SFCL-MES的集成建模与优化的原理。根据SFCL-MES的 限流集成原理,提出了它的限流集成模型。基于SFCL-MES在故障限流时的动态拓扑分析,建立 了它的动态数学模型。在此基础上,根据不同的优化目标,建立了相应的优化模型,并对优化结果 进行了比较分析。最后对于SFCL-MES集成后可以减小超导磁体容量的原理进行了讨论。     

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.     

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。     

基于电压补偿原理的超导储能-限流集成系统

基于电压补偿原理,将串联式超导储能系统和限流电抗器集成起来,提出了一种超导储能- 限流集成系统(SMES-CL)。该系统不仅解决了限流电抗器带来的稳态无功压降问题,而且解决了串联式超导储能系统保护困难的问题。它既可以快速自动投入限制故障电流以保护整个变电站和自身,还可以对系统进行功率补偿以提高电能质量。文中分析了SMES-CL的集成结构,对于它的工作原理,包括稳态补偿原理和故障限流原理进行了讨论。在一个SMES-CL模型样机上进行了试验,验证了它的有效性。     

基于磁-路耦合分析法的高温超导环形储能磁体电磁优化设计

高温超导磁储能(HTS-SMES)系统可将运行温区提高到20~77K,极大地降低了制冷成本。高温超导储能磁体作为HTS-SMES系统的核心部件,其电磁优化设计显得尤为重要。应用REBCO涂层导体,采用储能密度大、漏磁场小的环形磁体构型,利用磁-路耦合分析方法,对高温超导环形储能磁体开展设计研究。提出一种基于Matlab与COMSOL联合进行高温超导环形储能磁体电磁优化的设计方法,分析了环形储能磁体在运行工况下的磁感应强度及漏磁场情况,得到了给定总用线量以及一定运行温度下储能量所能达到的最大环形储能磁体结构参数。优化结果表明,在总用线量和运行温度一定的条件下,不同单元线圈数目的环形储能磁体所能达到的最大储能量差别较小,而且随着单元线圈数目的增加储能量呈现先增加后减小的趋势。利用该电磁优化设计方法,能使环形储能磁体的储能量得到较大的提高,在寻找储能量最大值所对应的结构参数计算方面效果良好。     

基于电压补偿原理的超导储能一限流集成系统

基于电压补偿原理，将串联式超导储能系统和限流电抗器集成起来，提出了一种超导储能-限流集成系统（SMES-CL）。该系统不仅解决了限流电抗器带来的稳态无功压降问题，而且解决了串联式超导储能系统保护困难的问题。它既可以快速自动投入限制故障电流以保护整个变电站和自身，还可以对系统进行功率补偿以提高电能质量。文中分析了SMES-CL的集成结构，对于它的工作原理，包括稳态补偿原理和故障限流原理进行了讨论。在一个SMES-CL模型样机上进行了试验，验证了它的有效性。     

基于组合优化方法的螺线管型超导磁体的建模和电磁优化

本文针对目前超导应用系统中广泛采用的螺线管型超导磁体的设计问题,提出了综合考虑磁体储能、漏磁和体积的优化问题.以单螺线管磁场计算为基础,用矢量叠加的方法计算多螺线管磁体的漏磁和最大磁场,从而建立了用于优化的螺线管型超导磁体的电磁模型.借助多学科优化设计软件Isight,采用全局搜索和传统数学规划相结合的优化方法,对所建立的电磁模型进行了优化计算.结果表明应用这种组合方法进行螺线管型超导磁体电磁优化,能取得满意的结果.     

超导限流储能系统的集成设计与试验

为了试验超导限流储能系统（SFCL—MES）的基本原理,设计了1台220V／25A／6kW的SFCL—MES模型样机。提出了一种用于配电系统的SFCL—MES的系统结构,它由2个串联于变电站负荷的故障限流端口及1个并联于变电站母线的储能端口组成,既可以限制变电站的短路电流,又可以提高整个变电站的供电质量。分析了SFCL—MES的集成设计原理,讨论了SFCL—MES的4个组成部分：双向换流器单元、双向电流调节器单元、全波整流桥单元以及高温超导磁体单元的设计结构以及主要参数。在模型上对SFCL—MES的故障限流原理进行了试验,初步验证了它的有效性。     

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.     

超导储能系统的磁屏蔽

以单螺管线圈为基础的超导磁体储能系统由于具有较大的漏磁场,使其应用范围受到了限制。本文比较了磁屏蔽的几种常规方法,提出了适合超导储能磁体的屏蔽方式－多螺管线圈系统,并将多螺管线圈系统和单螺管系统进行了主要性能上的对比,最后指出了多螺管线圈系统实际应用中还需解决的一些问题。     

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。     

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。     

规模化超导储能磁体概念设计及系统经济性评估

在以新能源为主体的新型电力系统中,电力储能系统将会面临着能量交互次数越来越多、容量越来越大的迫切需求.建立了轴向气隙优化型超导储能磁体结构设计模型,初步形成了规模化超导储能概念设计方案.给定相同的10 km超导线长度,优化后的磁体储能量相比传统螺线管提高了约30％,有效降低了单位储能投资成本.考虑日均330次储能充放电...     

考虑磁体动态特性的高温超导磁储能磁体设计

超导磁体是超导磁储能系统（SMES）的核心部件,其优化设计可以提高SMES的经济性和运行性能。提出了一种考虑磁体动态特性的高温超导磁储能磁体设计方法,该方法以有限元方法为基础,选取遗传算法作为优化工具,对高温超导磁体的内径、单饼匝数和双饼个数进行了优化。该方法将超导磁体的优化分为了两个部分,一次优化以磁体的用线量为优化目标,二次优化将交流损耗低为优化目标。最后用此方法对储能容量为150 kJ的高温超导磁储能磁体进行了优化设计,经过两次优化后的150 kJ磁体方案兼具低用线量和低交流损耗的优点。     

干式空心限流电抗器连接环发热原因分析及改进措施研究

干式空心限流电抗器普遍用于变电站、发电厂等场合以限制系统短路电流,由于干式空心电抗器运行时产生较大漏磁场,会引起周围金属件发热,严重时危及整个系统安全运行。为解决10 kV干式空心限流电抗器星臂和连接环发热问题,理论分析星臂和连接环发热产生的原因,通过优化星臂和连接环结构、加装导磁装置等措施达到降低温升的目的;同时利用有限元法进行仿真和厂内试验,验证了方案的可行性。     

Internet信息

1电气智能化技术及产品1.1世界首台超导限流-储能系统样机研制成功中国科学院电工研究所日前研制成功世界首台超导限流-储能系统样机。样机的研制从原理、设计、技术实施等方面都较先进。试验表明,该样机可迅速、有效地限制短路电流,进行功率补偿和平抑瞬态故障。超导限流-储能     

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。     

经复合树脂浸渍的超导磁体应力应变分析

采用复合树脂浸渍是提高超导储能磁体机械稳定性的有效手段之一,但是固化工艺条件会产生机械热应力,经复合树脂浸渍的超导磁体在预冷过程和通电运行过程中也会产生机械热应力或电磁力。为了分析储能磁体受力情况,本文通过COMSOL有限元软件建立储能磁体模型,研究磁体绕制过程中热应力和运行过程中电磁力对磁体结构应力应变的影响。结果表明,浸渍固化工艺过程中超导带材最大形变为0.23%,热应力没有对超导带材造成不可承受的损伤;在低温预冷过程中复合树脂最大形变2%,可为超导线圈提供一定预应力;在电磁力与热应力耦合作用过程中,超导带材最大形变0.017%,超导磁体的力学稳定性没有被破坏。