YBCO超导体的电工学应用研究进展

超导体具有一些完全区别于传统电工导体和电工磁性材料的电磁特性,因而在电工学领域具有广泛的应用价值。自从1987年发现高温超导体以来,高温超导体的电工学应用研究得到了快速的发展。YBCO超导材料具有比BSCCO超导材料更加优越的电工学应用性能,因而随着YBCO超导材料逐渐实现小批量供货,近年来有关YBCO超导体的电工学应用研究得以广泛的开展。文章重点介绍国内外在YBCO材料(包括块材和带材)及其在电力技术和磁体技术等方面的应用研究进展,以此纪念YBCO超导体发现30周年。     

超导技术在未来电网中的应用

大力发展可再生能源并实现清洁能源变革,是当今能源领域的大趋势。随着可再生能源越来越多地接入电网,将对直流输电和大规模储能技术提出愈加迫切的需求。在此背景下,超导直流输电技术、超导直流限流器以及基于超导电性的电力储能技术等具有潜在的应用前景。文章较为系统地介绍上述直流超导电力装置的原理、优势以及近些年国内外的进展等。     

微弱信号检测技术在超导电阻测量方面的应用

随着近年来超导技术应用范围的不断扩大,超导技术的影响已经波及到了各个学科领域.本文通过对超导电阻特性的分析研究,提出了一种基于微弱信号检测的超导体电阻测量的新方案.利用高性能DSP芯片,软件实现了超导体电阻的测量;利用单片机配合双积分A/D转换器测量超导体的环境温度.实验表明,本测量系统可有效地检测微弱的超导电阻信号,本系统充分显示出了自身在超导体电阻测量等微弱信号检测方面的优越性.     

超导及其应用专题编者按

1911年荷兰科学家Heike Kamerlingh Onnes首次在金属汞中发现超导现象以来,超导作为人类发现的第一个宏观量子现象已经有百余年的研究历史.在这百余年的时间里,人们对传统的低温超导材料的认识及应用已经取得了巨大的成就,尤其是关于其超导机理的BCS理论的建立极大地推动了凝聚态物理的发展.在铜氧化物高温超导体发现后的近三十余年里,源于对其机理的研究开辟了基础物理新的领域,也为超导体的应用带来了新的技术.然而,非常规高温超导机理的研究和高临界参数的新超导体的探索仍面临许多挑战.     

超导体产生的强磁场如何测量?

 一、超导体能产生强磁场自1911年荷兰科学家昂内斯发现超导现象以后,许多大科学家绞尽脑汁设法从理论上解开这一奇妙现象之谜.经过了漫长的努力,超导现象终于在1958年为三个美国科学家巴丁、库珀、施莱弗联合提出的一项理论(即著名的BCS理论)所基本解释,这三位科学家也因此荣获了诺贝尔物理学奖.六十年代以来,由于第二类超导体的制造工艺日益进步,超导技术已逐步取得了不少实际应用.数年前发现的高温超导现象,已成为家喻户晓的事实了.     

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.     

超导磁体及其应用

自从1911年翁纳斯(Kamerlingh Onnes)发现了超导现象以来,已经过去六十八年了.然而,真正使超导有其重大的应用价值,也只不过是近十几年的事情.原因很简单,虽然一些材料在一定温度下变成了超导体(即电阻消矢,完全抗磁),然而它本身的临界电流和临界磁场H都很低,没有什么实用价值.直到发现了和H都很高的非理想第类超导体并能把它加工成可复绕的线材和带材之后,超导体在实际生活中才获得了广泛的应用.现阶段国内外生产的超导材料,大都用于制造各种不同用途的实用超导磁体. 下面我们就超导磁体的一些问题谈点意见. 一、超导磁体的设计要求 如图…     

低维超导的实验进展

超导自发现以来, 已成为凝聚态物理领域最重要的方向之一. 近年来, 低维材料制备技术的进步使得一维或二维的超导特性实验研究成为可能. 本文在简要介绍超导现象的基础上, 重点回顾了近些年二维超导薄膜和一维超导纳米线的制备和电输运研究, 以及在低维超导体中发现的相移、近邻效应、铁磁超导相互作用和高温超导等新奇的现象, 并对该领域的进一步发展做出了展望.     

高压下的铁基超导体:现象与物理

始于2008年的铁基超导体研究续写了高温超导发展史的新篇章.回顾过去十年对铁基超导体的研究,在理论、实验及应用方面都取得了辉煌的成绩,丰富了人们对高温超导电性的认识,为突破高温超导机理研究、最终实现超导材料的人工设计与更广泛的应用奠定了坚实的基础.本文主要介绍了通过高压实验研究手段在铁基超导体的研究中取得的一些重要进展及呈现出的新现象和新物理,例如压致超导现象、压力导致的超导再进入现象、压力对超导转变温度的提升效应、压力研究对铁基超导体超导转变温度的预测、相分离结构对超导电性的影响及反铁磁-超导双临界点的发现等.希望这些高压研究结果与本文报道的其他各类实验与理论研究成果一起,为全面、深入地理解铁基超导体勾画出一幅较为完整的物理图像.     

超导各向异性的研究现状简述

自从观察到临界电流随磁场偏角发生变化的现象以来（临界电流的各向异性）,如何在提升临界电流的同时降低各向异性成为了获得高性能超导体的主要考量。本文将以临界电流各向异性的起源——超导各向异性为核心,简述超导各向异性的实验现象、理论描述,及其与超导电动力学本构、磁弹耦合效应之间的关系。以此简述来突出超导各向异性在超导体物理和应用方面的重要性。     

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。     

超导电力技术即将带来电力工业的革命

人们认为,超导全在电力方面出现大规模应用的时间距离我们还非常遥远。然而,随着最近几年来实用高温超导材料的研制取得重大的进展,高温超导电力技术的应用已经成为现实。预期将在２０１０年左右出现大规模的应用,并将带来电力工业的革命。因此,下一个１０年将是国际超导技术竞争最关键的１０年。我国的经济发展很快,电能需求量增加十分迅速,对电能质量的要求也越来越高。常规电力技术已经无法满足我国电力发展的需要,超导电     

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．     

An IOT based smart grid system for advanced cooperative transmission and communication

In the Internet of Things (IoT) ecosystem, devices will predominate, using it in a manner similar to how people used it. Devices will cooperating in a multicast network to collect, share, and forward information way while interacting with one another autonomously and without centralised supervision. The building of an intelligent environment the capability of real-time collection of data, which is crucial for maximising the value of the IoT, will make this possible. A typical electric grid is made up of many power plants that use various power generating units, such as coal-based units, gas-based units, hydro units, etc. The majority of the infrastructure and wires that make up the conventional electricity grid have been in existence for a long time, it should be mentioned. They require significant investments, so providing them could take years. As a result, many grid components are outmoded and must be maintained and monitored on a regular basis to keep power flowing. A sophisticated technology is the smart grid (SG) system that makes it easier to integrate green technology and environmental considerations. The SG cyber–physical system was implemented thanks to the advancement and use of communication technologies in the conventional power system. The Internet of Things (IoT) and essential devices are both present in the complicated architecture of the SG systems. The traditional electric grids are been transformed into smart and efficient grid known as “Smart grid”. The Internet of Things’ smart grid allows for two-way communications among connected devices and technology that can recognise and respond to human needs. The cost and reliability of a smart grid are superior to that of conventional power infrastructure. Through use and data maintenance, smart grid technology will assist in reducing energy use and costs. One of the primary contributions made to grids is the integration of IoT with producing facilities using sustainable energy at various levels. To enhance the smart grid for bidirectional information exchange, improve power quality, and increase reliability Internet of Things (IOT) devices are becoming an important part of smart electric grid. IOT Infrastructure (IOTI) provide a flexible, efficient and secure platform providing strategic management for monitoring and controlling of different operations under different working conditions. This paper discusses cyber security on IOT based infrastructure for electric power systems. A comprehensive study is highlighted which includes type of IOTs, architecture used for smart grid, and future challenges.     

电力故障运行下磁偏置超导限流器超导限流单元的电-热特性分析与验证

本文的磁偏置高温超导故障限流器(SFCL)是一种新型超导限流器,在系统出现短路故障时,发生失超现象,产生高阻抗限制短路电流,达到一定时间后断开超导单元,再由双分裂电抗器二次限流.当短路电流消失后,自动快速恢复到无阻特性,然后重新合闸投入系统运行.在SFCL并网运行前,要对并网运行中出现相间短路等故障的暂态运行特性进行分析,了解并网运行时的状况.本文利用Matlab/Simulink构建了SFCL的仿真分析模型,包含超导限流单元的等效电路模型和热模型.该模型被接入一个由Matlab/Simulink构建的10kV电力系统模型中,用来仿真SFCL的并网运行特性.仿真结果表明了SFCL在并网运行中的效果,以及相间短路故障下失超电阻、通过电流和超导限流单元温度的变化.同时,在中国国网辽宁电力虎石台对SFCL进行了并网运行试验,得到了相间短路故障下的暂态运行特性和失超恢复时间.本文的仿真分析和试验结果,证明了该SFCL样机具备10kV 并网能力,以及快速响应、逐级限流和快速恢复能力     

超导在加速器中的应用概况

文中简要回顾了世界上已建造的大型超导加速器,重点介绍未来的超导加速器方案,对超导新材料在加速器中的应用研究以及我国超导在加速器中的应用研究情况作了简要介绍.     

一种三柱式超导电抗器的概念设计

无功平衡对提高电网的经济效益和改善供电质量至关重要。目前用于电网无功补偿的传统电抗器难以实现无级调节,容量较小,或装置控制复杂,有较严重的谐波,难以在高电压等级的电网中大规模应用。为了解决高压电网的无功缺额问题,研究了一种三柱式的超导电抗器。文章介绍了该超导电抗器的工作原理,阐述了超导电抗器的设计方法。按照设计方法,对35kV电压等级的超导电抗器进行设计;在理论设计的基础上,采用有限元方法对理论设计进行优化,完成概念设计。仿真结果表明,该三柱式超导电抗器有较好的无功调节性能;该概念设计为高压大容量超导电抗器的研制提供了一定的参考依据。     

高温超导电缆研究进展综述

人们对电能需求的持续增长,促使电网输电密度和输电容量逐渐增大,传统的输电技术将遇到越来越多的问题。高温超导电缆具有传输容量大和功率密度高等优势,是解决这些问题和满足未来大容量电力传输的重要技术之一。在综合分析国内外大量文献资料的基础上,介绍高温超导电缆的基本结构、发展现状和关键技术,总结制约其工业化应用过程当中面对的主要问题,并提出了高温超导电缆的发展建议。     

云计算技术在未来智能电网信息处理平台中的应用

未来的电网将会是一个高度自动化、智能化的电网,如此一个庞大、复杂的系统从发电、输电一直到变、配、用电的过程时刻都会生成海量的电能信息及设备运行状态数据,这就需要一个强有力的信息处理平台作为支撑,且这个平台应具有对海量数据的可靠存储、准确分析、实时同步更新及共享的功能,尤其是音视频等异构数据的分析与处理.云计算技术在大数据处理中具有得天独厚的优势,本文将云计算技术引入到未来智能电网的信息处理平台的建设中,针对未来智能电网信息处理平台的各项功能需求,对比目前电网信息处理平台的诸多瓶颈进行深层次的探讨,证明了将云计算技术应用到未来智能电网信息处理平台中的可行性。     

Status of the IHEP 1.3 GHz superconducting RF program

The 1.3 GHz superconducting radio-frequency (SRF) technology is one of the key technologies for the ILC and future XFEL and ERL projects in China. With the aim to develop 1.3 GHz SRF technology, IHEP has started a program to build an SRF Accelerating Unit. This unit contains a 9-cell 1.3 GHz superconducting cavity, a short cryomodule, a high power input coupler, a tuner and a low level RF system. This program also includes the SRF laboratory upgrade, which will permit the unit to be built and tested at IHEP. The unit will be used for the 1.3 GHz SRF system integration study, high power horizontal test and possible beam test in the future. In this paper, we report the recent R&D status of this program. The first large grain low-loss shape 9-cell superconducting RF cavity made by IHEP reached 20 MV/m in the first vertical test in July, 2010. The prototype tuner and low level RF (LLRF) system are under test. The high power input coupler and cryomodule are under fabrication. Several key SRF facilities for 9-cell cavity surface treatment and pre-tuning were successfully commissioned and are in operation.