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...     

感应加热用传导冷却YBCO高温超导磁体的热稳定性实验研究

与传统的高频交流感应加热技术相比,高温超导直流感应加热技术能够大幅度提升低电阻率、非铁磁性金属材料的透热处理加工效率。在高温超导感应加热系统中,超导磁体的热稳定性是保证系统安全稳定运行的关键。本文对传导冷却YBCO高温超导磁体进行通流实验,通过布置在磁体不同位置的多个温度传感器来监测各部分的温度情况,以温度能否在安全范围内趋于平稳作为判定条件研究超导磁体的热稳定性。同时,本文还研究了磁体载流的幅值与上升速率对磁体温升的影响。结果表明,高温超导磁体在传导冷却条件下,其长期安全稳定运行电流值的安全裕度因子选择通常比浸泡冷却式磁体略低,对于运行的实验磁体,安全裕度因子可取为0.65;传导冷却磁体远端导热性能差,可通过增加导冷点以及改善传热的方式来弥补冷却不均的缺陷;在磁体能够稳定运行的一定范围内,电流不同的上升速率对最终温升无明显影响。本文的研究成果将为今后大型传导冷却超导磁体的热稳定性分析与安全运行提供有价值的参考。     

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。     

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。     

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。     

35 kJ/7 kW直接冷却高温超导磁储能系统

介绍了直接冷却高温超导磁储能（SMES）系统（35kJ／7kW）的总体结构和基本试验结果。该系统主要由超导磁体、低温系统、功率调节系统和监控系统组成。实验结果表明，通过直接冷却将储能磁体成功冷却到了20K以下；储能磁体的直流临界电流达到150A，临界储能量84kJ，磁体中心场强4．5T；监控系统和变流器能控制SMES与系统快速独立地在四象限进行有功功率和无功功率交换；在电力系统动态模拟实验中，SMES能有效抑制电力系统中因发电机机端短路故障引起的功率振荡。     

3T动物磁共振成像传导冷却超导磁体研究

磁共振成像(MRI)是目前最先进的医学影像技术之一。动物磁共振成像以动物为研究对象,广泛用于生命科学研究、医学研究及药物机理研究。为了发展小型化、低成本的动物磁共振成像系统,该文采用传导冷却技术研制了一台3 T动物磁共振成像超导磁体。采用线性规划和非线性规划相结合的方法设计了一种主动屏蔽型磁体结构,其包含同轴排列的6个主线圈和2个屏蔽线圈。研究一种包含了分段和失超传播加速策略的被动失超保护方法保护超导磁体免于意外失超造成的损害。低温系统使用一台双极G-M制冷机直接将超导磁体从室温冷却到工作温度,无需液氦。超导磁体在直径φ180 mm的球形区域(DSV)产生高均匀度磁场用于成像。实验结果显示,超导磁体经历5次失超后被励磁到3.001 3 T,经测量φ180 mm的DSV磁场峰-峰值不均匀度(H_p2p)约为1.33×10^-2%。该文详细介绍了超导磁体的电磁设计、应力分析、失超保护设计,低温设计、建造及测试结果。     

35 kJ/7 kW直接冷却高温超导磁储能系统

介绍了直接冷却高温超导磁储能(SMES)系统(35kJ/7 kW)的总体结构和基本试验结果.该系统主要由超导磁体、低温系统、功率调节系统和监控系统组成.实验结果表明,通过直接冷却将储能磁体成功冷却到了20 K以下;储能磁体的直流临界电流达到150 A,临界储能量84 kJ,磁体中心场强4.5 T;监控系统和变流器能控制SMES与系统快速独立地在四象限进行有功功率和无功功率交换;在电力系统动态模拟实验中,SMES能有效抑制电力系统中因发电机机端短路故障引起的功率振荡.     

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。     

20kJ/15kW可控超导储能实验装置

介绍了一套可控超导储能(SMES)实验装置.该装置可作为可控超导储能在电力系统中应用的实验研究平台.它包括一个储能量为20 kJ的低温超导磁体和一个15 kW的基于绝缘栅双极晶体管(IGBT)的电流型变流装置.为了减少冷却系统的漏热,超导磁体通过Bi-2223带材制成的高温超导电流引线同变流装置连接.变流装置采用双桥型拓扑和PWM开关策略以减少其输出电流中的谐波成分.为了可以执行高速和高精度的控制算法,变流装置的控制系统采用双DSP的控制器.文中还介绍了该实验装置各部分的结构和工作原理,并给出了初步的实验结果.     

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。     

超导储能与超导变电站

超导储能 (SMES)是一种快速、高效的储能装置。SMES和超导变电站在电力系统中具有广泛的应用前景。目前已有不少试品、样品问世。我国有在此基础上将其应用于科技奥运的动议。     

超导电力磁储能系统研究进展(一)——超导储能装置

交介绍了超导磁储能装置（SMES）的基本原理、系统组成和发展状,阐述了具有高效、快速响应、能与系统独立进行四象限交换有功和无功功率等特性的SMES在电力系统中应的重要意义,概述了SMES的应用前景和需要进一步解决的若干问题。并针对我国SMES研究的现状提出了一些建设性意见。     

超导飞轮储能系统研究综述

采用超导磁力轴承实现磁悬浮的超导飞轮储能系统的研制,是高温超导技术在电力工业中应用研究的又热点。介绍了超导飞轮储能系统的基本结构,描述了超导磁力轴承的原理和特性,简要介绍了国内外超导飞轮储能技术的研究开发情况。     

超导储能蓄电池混合储能在风力发电中的应用

风力发电输出功率的波动性导致其直接并网会对电网带来不良影响,需要电力储能装置来提高并网性能,而常用的单一电池储能由于受到充放电次数的限制而易损坏。在建立用于平滑风电功率波动的超导储能和电池储能的混合储能模型基础上,设计超导储能用于平抑高频尖峰功率,电池储能用于平抑低频波动功率,并给出了两种储能装置的功率和容量确定方法。算例的仿真结果表明该方法同单一电池储能相比,可以有效地平抑风场并网的功率波动并减小电池的功率等级,减少电池的充放电次数和放电深度,从而延长了电池使用寿命。     

基于混合高温超导材料的高温超导储能系统顺利完成并网动模实验

2011年5月24日,中国电科院电工与新材料研究所（超导电力研究所）历时两年时间自主研发的高温超导储能系统在国家电网仿真中心电力系统动态模拟实验室成功实现了并网功率补偿。实验的成功,标志着中国电科院在高温超导储能系统电力应用技术领域取得了阶段性突破,其成果可为国家电网公司下一阶段开展超导电力应用技术的科研、试验示范运行、系统的分析与评估奠定坚实的基础。该高温超导储能系统是我国首个应用第一代铋系和第二代钇钡铜氧混合超导体构造的干焦容量高温超导储能系统,     

中大型超导储能装置的研制与应用

概述了中大型超导储能的研究和发展。介绍了美国３０ＭＪ超导储能系统，该系统在电网累积运行１２００ｈ的结果表明，它可以在一个复杂的电力系统中运行，对改善电力系统稳定、经济运行起到了良好的作用。随着高温超导材料的实用化和超导磁体技术的发展，世界各国将对超导储能表示出越来越大的兴趣，但超导储能尚需在实际工业应用条件下，显示其技术可行性和经济性     

一种用于高温超导储能系统的电压跌落检测方法

针对高温超导储能系统应用于电压跌落补偿时,要求实时检测电压是否跌落,本文分析了电压跌落的类型,在参考以往检测方法的基础上,提出了一种用于三相电的电压跌落检测方法,该方法首先判断电压是否对称,当三相电压对称时,采用基于αβ变换的电压跌落检测方法;当电压不对称时,用单相电压构造虚拟三相来分别判断各相电压是否跌落。最后用MATLAB进行了仿真,验证了该检测方法的有效性。     

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.