基于电力电子低温应用的超导电力集成研究

本文探讨了基于电力电子低温应用的超导电力集成的基本概念,分析了集成设计的基本原理.提出了超导集成低温功率系统应用的三种基础单元:超导集成低温DC/DC单元、超导集成低温AC/DC单元以及超导集成低温整流桥单元.它们将电力电子低温应用与超导电力应用有机的集成了起来,实现了无引线磁体功率系统、电压补偿型超导限流器以及无需偏压源的超导限流器等新的超导电力应用.最后讨论了实现超导集成低温功率系统的关键技术.     

基于SMES的超导电力集成研究超导限流贮能系统

本文探讨了基于SMES的超导电力集成的基本概念，分析了集成设计的基本原理．提出了一个基于SMES的超导电力集成应用实例：一种用于配电系统变电站应用的桥路型超导限流贮能系统（SFCL-MES），它既可以限制故障电流峰值和稳态值，也可以同时补偿系统电压，保证系统供电质量．讨论它的结构和集成原理，仿真试验验证了它的有效性．     

基于超导磁体和电力电子的新型桥路超导限流器

基于超导磁体和电力电子技术，提出了一种新型的超导限流器．它具有响应速度和恢复速度快的优点，且能够有效地降低运行损耗、提高短路电流缩减率．这种新型超导限流器可能是实用化超导限流器的发展方向之一．本文介绍了这种新型超导限流器的原理试验结果，并介绍了10．5kV/1．5kA三相高温超导限流器并网示范样机的阶段进展．     

基于SMES的超导电力集成研究超导限流贮能系统

本文探讨了基于SMES的超导电力集成的基本概念,分析了集成设计的基本原理.提出了一个基于SMES的超导电力集成应用实例:一种用于配电系统变电站应用的桥路型超导限流贮能系统(SFCL-MES),它既可以限制故障电流峰值和稳态值,也可以同时补偿系统电压,保证系统供电质量.讨论它的结构和集成原理,仿真试验验证了它的有效性.     

基于超导磁体和电力电子的新型桥路超导限流器

基于超导磁体和电力电子技术,提出了一种新型的超导限流器.它具有响应速度和恢复速度快的优点,且能够有效地降低运行损耗、提高短路电流缩减率.这种新型超导限流器可能是实用化超导限流器的发展方向之一.本文介绍了这种新型超导限流器的原理试验结果,并介绍了10.5kV/1.5kA三相高温超导限流器并网示范样机的阶段进展.     

有源超导限流器

基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压、相位实现灵活快速调节的柔性交流输电技术(FACTS)发展迅速.FACTS技术在对系统的有功功率和无功功率进行灵活控制、抑制系统振荡、减轻系统事故的影响以防止发生连锁反应、提高系统稳定水平等方面发挥了优势.目前,FACTS技术主要是基于电力电子技术与电力电容器有机的结合.而超导技术可以获得体积小、损耗低的电感,电能可以无损耗地直接存储在超导线圈中.因此,将超导技术与电力电子技术及现代控制结合起来,将可以开拓超导电力技术新的应用途径,并可以拓展FACTS技术的内涵.本文探讨基于电力电子技术、现代控制技术和超导技术结合而形成的有源超导限流技术的可行性和原理.有源超导限流技术包括有源超导限流器、超导限流-储能两个方面,本文也将介绍我们在这些方面的最新研究成果.     

磁偏置高温超导限流器监控系统设计

针对磁偏置高温超导限流器并网运行实验要求,设计了具有高压隔离、快速采集及故障录波功能的监控系统。该监控系统采用现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)双重硬件架构设计模式,其中,FPGA用于快速采集实时数据和快速开关控制;DSP从FPGA获取状态量和模拟量等采集信号,集成超导限流器监控系统核心控制器的快速控制算法,实现超导单元保护指令的输出。给出了超导限流器监控系统的设计原理、核心控制器软硬件设计和上位机软件设计,并进行10 kV并网运行实验验证。监控系统运行结果表明,所设计的磁偏置高温超导限流器监控系统可以很好地实现对电网及限流器运行状态的实时、可靠监测与控制。     

电力安全与超导磁储能系统

随着我国大规模电力系统的逐步形成，电网的安全稳定问题日渐突出，保证电力系统的安全稳定运行已经成为电网发展和运行的重要任务．超导磁储能系统以其对系统功率需求的快速响应特性可以为提高电力系统的稳定性提供新的技术途径，同时对改善电能质量、提高可靠性也有很好的技术优势．本文在简要论证电力安全的重要性的基础上，对SMES提高系统的安全稳定性的优越性进行了分析，并介绍了国家863计划项目“高温超导磁储能系统”的工作进展．     

基于超导储能系统的有源电力滤波器

电力系统中电力电子装置的广泛应用,为电网中注入了一定的谐波及无功电流,从而影响电网的稳定运行.本文提出了一种基于超导储能系统并采用直接功率控制的有源电力滤波器.与传统的有源电力滤波器相比,超导储能系统不但可以滤除谐波,还可以滤除有功功率波动.通过Matlab/Simulink对基于超导储能系统的有源电力滤波器进行仿真验证.     

超导限流器的性能检测方法研究

超导限流器是研究最为活跃的一种超导电力装置,也是被认为可以率先达到实际应用的一种超导电力装置。但是要将超导限流器应用到电力系统中仍然有若干关键问题需要解决,其中对其试验、检测方法及其主要设备的规范化研究就是一个很重要的方面。文中从超导限流器的电磁特性出发,总结了超导限流器的特性试验、检测方法,并重点介绍了超导限流器的短路试验。     

饱和铁芯型超导限流器研究进展综述

电力系统短路电流对系统的稳定安全运行造成了极大的威胁,超导故障限流器是一种将超导技术、电力技术相结合产生的故障限流装置,能有效地限制短路电流。饱和铁芯型超导限流器是产业化前景较好的一种超导限流器,在对此类型的故障限流器进行了深入调研和广泛收集资料的基础上,介绍了饱和铁芯型超导限流器的工作原理,分析了它的优缺点,阐述了饱和铁芯型超导限流器的国内外发展现状,归纳了其在设计过程中的关键技术和制约其工业化应用的主要问题,并提出了技术建议,最后展望了饱和铁芯型超导限流的应用前景。     

高温超导限流电缆研究现状与发展趋势综述

高温超导限流电缆是一种新型超导电缆,充分利用了第二代高温超导体的优势,在电力系统正常和故障状态时分别表现低阻抗载流和高阻抗限流特性。高温超导限流电缆集成了超导电缆与超导限流器两种超导电力装备的功能。对于超导电缆和超导限流器,分别都有相关研究综述,而对于高温超导限流电缆缺乏系统性综述研究。从高温超导限流电缆的原理与结构出发,综述国内外有关高温超导限流电缆的研究现状,针对面临的技术问题进行分析。总结出高温超导限流电缆动态电流分布、载流限流瞬态变化过程、高温超导限流电缆接入到电力系统的新拓扑结构等关键技术和基础科学问题,获得了高温超导限流电缆未来的发展方向和趋势。     

饱和铁芯型超导限流器的应用研究述评

在主动式短路电流控制措施中,超导故障限流器因其特殊的物理特性,具有可观的发展潜力。将饱和铁芯型超导限流器与其他几类超导限流装置进行了对比,调查分析了该类限流器及其超导材料在国内外的研究、应用进展。重点描述了国内正在试制的改进饱和铁芯型限流器的拓扑结构和工作原理,并针对此类装置的铁芯结构、直流绕组过电压、直流励磁系统等技术问题进行了讨论。从故障识别、超导材料、铁芯结构等方面分析了饱和铁芯型超导限流器未来发展的关键技术问题,为该型装备的深入研发与应用提供参考。     

超导变电站的研究综述

高温超导电力技术的发展使得建设超导变电站具有了可行性,超导变电站是包含高温超导磁储能系统、高温超导限流器、高温超导电缆和高温超导变压器等超导装置的一种新型变电站。超导变电站的应用将使变电站成为电网中柔性坚强、清洁高效、安全可靠的支撑节点,这将对智能电网的建设有重大的意义。在深入研究高温超导电力技术发展情况的基础上,阐述了超导变电站相比传统变电站的优越性、发展超导变电站的技术基础、超导变电站应用的技术难点,并对超导变电站的发展做出了展望。     

上海光源500MHz超导腔水平测试

上海光源是能量为3.5 GeV的第三代先进中能同步辐射光源,其储存环上安装了三台超导高频腔补偿电子因同步辐射等原因丢失的能量。为保障上海光源的长期稳定高效运行,中国科学院上海应用物理研究所和上海市低温超导高频腔技术重点实验室共同研制了具备低高次模损失参数和可承受更高入射功率的新型500 MHz超导腔,作为上海光源在线运行超导高频腔的备用腔。超导铌腔经低温垂直测试达到所需加速性能后,需要与高功率输入耦合器、高次模吸收器、低温恒温器等集成并完成水平测试,获得超导腔模组的加速性能、低温性能和真空性能。介绍了超导腔备用腔的研制、集成和测试过程,采用文丘里(Venturi)校准法获得模组的静态功耗反应模组的低温性能,并通过高功率测试获得了超导腔备用腔模组的加速性能。测试结果表明:自主研制的500 MHz超导腔备用腔满足上海光源的工作需求,在超导腔的加速腔压为2.0 MV时,无载品质因数为1.2×109 @4.2 K,且低温模组的静态热损耗为36.1 W。     

新能源变革背景下的超导电力技术发展前景

自从1911年超导体发现以来,人们一直梦想超导体能够在电力技术中得到大规模应用.20世纪60年代以来,随着NbTi超导线材,特别是氧化物高温超导带材达到商业化水平,世界范围内广泛地开展了超导电力技术的研究与应用示范.单从技术上讲,超导电力技术已经接近实用化水平.当今,人类社会正在经历一次新的能源变革,超导电力技术在应对能源变革带来的挑战方面将会发挥重要的作用.文章介绍了近年来超导电力技术的发展趋势,并就其在新能源变革背景下的发展前景进行了探讨.     

饱和铁心型超导限流器

饱和铁心型超导限流器具有限流功能可靠、输电稳态损耗小、限流恢复时间短等优异特性。根据其工作原理,一方面,用于直流励磁的超导绕组自身不承受短路电流冲击,这避免了其它类型超导限流器中由于超导绕组失超所带来的诸多技术难题;另一方面,其主体电抗器可以借鉴成熟的铁心电抗器技术。因此,饱和铁心型超导限流器的以其优异的性能特性和成熟的工程实现技术,成为迄今为止人们研究的各类超导限流器中的最具实用价值的一种。在电网容量不断扩大,智能化水平不断提高的今天,饱和铁心型超导限流器有非常广阔的应用前景。文中将叙述饱和铁心型超导限流器的基本原理、结构形式、功能特性,并对已在云南普吉变电站挂网运行的35kV/90MVA超导限流器进行简要介绍。     

混合能源管道的研究现状及关键技术探讨

与传统高温超导输电技术相比,混合能源管道(HETL)是利用低温燃料冷却超导电缆,实现电力、低温燃料长距离一体化输送的能源管道,具有能源损耗更低、功率流密度更高、输送效率更高等优势。介绍国内外氢电一体化输送超导能源管道和气电一体化输送超导能源管道的研究现状,研究混合能源管道的基本结构和安全性问题,并总结出制约该技术发展的因素,提出未来混合能源管道要加强在超导输电技术、高强度绝缘技术、电热耦合技术以及安全检测技术等方面的基础研究。     

超导体在低温液体泵中的应用研究与发展现状

由于低温液体泵固有的低温工作环境可为超导材料提供冷却条件而省去制冷系统,将超导材料应用于低温液体泵具有显著优势。本文针对高可靠性低温液体泵在低温流体输送中的应用需求,介绍了传统低温液体泵的应用背景及其存在的问题; 总结了国内外超导技术应用于低温液体泵的研究现状,详细讨论了低温泵用超导电机、低温泵用超导磁悬浮轴承和其他结构超导低温泵的研究热点和发展趋势; 在此基础上,提出一种轴向磁通盘式电机驱动的超导磁悬浮低温潜液泵。其离心泵叶轮和盘式电机转子在超导磁悬浮轴承系统的悬浮支撑下可实现无接触转矩传动和无摩擦旋转运行,该新型结构超导磁悬浮低温潜液泵在结构上具有独特优势,其研发对推动超导低温液体泵技术具有促进作用。     

超导电力技术新进展及其未来发展的思考

近年来高温超导材料研究取得很大进展,它在电力领域的应用研究已受到广泛关注,一些示范样机,诸如高温超导输电电缆、变压器、故障电流限制器、电机和储能装置已经研制成功并投入示范性试验.超导技术是21世纪具有战略经济意义的高新技术,文章将介绍高温超导电力应用研究的新进展及其未来发展的思考。