含超导磁储能装置的电力系统关键技术研究

超导磁储能系统(SMES)因其响应速度快,能够灵活地对有功、无功功率进行独立控制等特点,在电力系统中具有良好的应用前景。简要介绍了超导磁储能装置的应用现状;从装置及系统两个层面分析了SMES应用的关键技术问题;结合新能源发电及新型用电负荷探讨了SMES未来的应用场景。     

针对系统暂态稳定性的超导磁储能装置容量研究

电力系统中所需超导磁储能装置（SMES）的容量是其应用中一个重要研究内容．文章运用暂态能量函数法（TEF）分析含超导磁储能装置的单机无穷大系统的故障过程，对超导磁储能装置向系统注入有功，提高系统阻尼和改善系统暂态稳定性进行仿真分析．仿真结果验证了超导磁储能装置对系统的作用效果，在此基础上利用暂态能量初步分析了超导磁储能装置向系统注入能量和系统的暂态能量函数的关系，进一步探讨系统暂态稳定性对超导磁储能装置容量的要求．     

超导磁储能变流器的超螺旋滑模控制策略研究

针对超导磁储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)变流器采用传统滑模控制方法时存在较大的抖振问题,研究了一种超螺旋滑模控制策略用于改善这一现状。根据SMES变流器拓扑结构进行建模分析,然后选取d、q轴的电流误差值作为积分滑模面,设计了超螺旋滑模控制器。该控制器包含了等效控制和切换控制两部分,其中采用超螺旋控制率的切换控制仅在趋近阶段起作用,使跟踪误差能够在有限时间内收敛为零;当系统状态到达准滑模态时采用等效控制,有效地削弱了抖振幅度。MATLAB/Simulink仿真结果表明,所提出的控制策略较PI控制以及传统滑模控制有着更小的抖振和更高的动态响应性能。     

针对系统暂态稳定性的超导磁储能装置容量研究

电力系统中所需超导磁储能装置(SMES)的容量是其应用中一个重要研究内容.文章运用暂态能量函数法(TEF)分析含超导磁储能装置的单机无穷大系统的故障过程,对超导磁储能装置向系统注入有功,提高系统阻尼和改善系统暂态稳定性进行仿真分析.仿真结果验证了超导磁储能装置对系统的作用效果,在此基础上利用暂态能量初步分析了超导磁储能装置向系统注入能量和系统的暂态能量函数的关系,进一步探讨系统暂态稳定性对超导磁储能装置容量的要求.     

微型SMES用超导储能磁体试验研究

超导储能磁体是超导储能系统(SMES)的关键部件,因此有必要在SMES系统运行前对超导储能磁体进行系统试验研究.本文以第二代高温超导(YBCO)线材设计制作的超导储能磁体为试验对象,通过降温试验、临界电流测试、储能量测试和对地绝缘测试等试验测试并分析了超导储能磁体的电气和低温绝缘性能.试验结果表明:超导储能磁体基本性能...     

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．     

超导磁储能系统性能检测方法研究

目前,我国已有多台超导磁储能系统样机研制成功并通过了实验验证,考虑到超导磁储能系统与系统联网后对系统稳定性和安全性产生的影响,对其试验、检测方法及其主要设备进行研究是十分必要的。从超导磁储能系统的电磁特性出发,对超导磁体、变流器和功率调节特性这三个方面总结了超导磁储能系统的试验、检测项目,重点介绍了超导磁体的特性试验,并归纳了超导磁储能系统的试验方法及其主要设备。     

基于新型开关表的超导储能系统直接功率控制

本文基于直接功率控制技术的原理及其在超导储能系统的应用,通过分析开关矢量在不同扇区中对有功及无功功率的作用,提出一种新的开关表.在此基础上,利用仿真技术分析并比较了传统方法直接功率控制和基于新开关表的直接功率控制的性能.结果表明:基于新的开关表的直接功率控制技术可以改善超导储能直接功率控制系统的性能,非常适用于电压型超...     

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.     

超导储能系统的失超检测

超导磁体的失超检测与保护是超导电力技术实用化的一个重要课题。文中针对超导储能系统的特点,设计了一套用于超导储能(SMES)磁体的失超检测系统。该系统采用有源功率检测方法,通过对超导磁体上产生的失超信号进行隔离、放大、滤波以及比较等,实现失超信号的检测。实验结果表明,该失超检测系统能够及时准确的检测到失超信号,为超导储能系统的失超保护提供了可靠的前提条件。     

舰船电力系统用1MJ高温超导环型储能磁体的设计研究

介绍了舰船电力系统用 1MJ环型高温超导储能磁体的设计优化步骤 ,进行了环型磁体线圈最大磁场的优化、环型磁体单元尺寸的优化和环型磁体单元数目的优化 ,并得出了合适的磁体线圈尺寸。磁体线圈上的最大磁感应强度为 3-4 T,单元数目较大的环型磁体适用于 1MJHTS- SMES     

超导悬浮系统中电磁力的有限元分析

利用超导体宏观电磁场的Bean模型和有限元方法对由超导体和超导悬浮线圈所组成的悬浮系统进行了分析计算,通过定量计算与模拟,得到了超导体感应的屏蔽电流分布,从而得到了悬浮间隙及悬浮线圈中的电流对悬浮力的影响规律,同时分析了悬浮线圈尺寸与最大悬浮力之间的关系。这些数值计算结果为优化超导悬浮系统的结构设计提供了理论依据。     

300MJ环状高温超导储能磁体的优化设计

介绍了300M J环状高温超导储能磁体优化设计的步骤。为了提高优化设计的效率,减少常规寻优方法的计算量,将改进的粒子群优化算法引入到高温超导储能磁体的优化设计中,给出了用B i-2223超导线材进行300M J环状储能磁体设计的优化结果,并采用商用电磁场有限元分析软件ANSYS对本文关于环状螺线管系统磁场、能量计算方法的正确性进行了验证。     

超导技术在飞轮储能系统中的应用及前景

阐述了飞轮储能装置原理和超导磁悬浮理论,并设计了超导飞轮储能系统的基本结构。采用超导磁悬浮轴承技术可以解决普通的飞轮储能系统由于有机械轴承摩擦产生的能量损耗,克服普通飞轮储能的低效、储能时间短等问题。最后简要介绍了超导飞轮储能技术的发展前景。     

CHG-SRFEL光学速调管磁极间隙全闭环控制系统

描述了CHG-SRFEL光学速调管磁极间隙全闭环控制系统的原理,给出了系统硬件结构和软件设计。可独立或同步调节光学速调管调制段、色散段及辐射段磁极间隙的大小,分辨率达到20μm,精度达到5μm。通过改进系统位置监测设备,可进一步提高分辨率及精度。系统已经在光学速调管磁场测量、垫补中使用,具有精度高、安全性高、操作方便等特点。     

能量输运对柱状等离子体开关磁场穿透过程的影响

对于高密度、导通时间为μs级的柱状等离子体开关,利用磁流体动力学理论(MHD),对其导通阶段的磁场穿透过程进行了模拟,得到了磁场分布随时间的变化;研究了开关导通过程中能量输运导致的温度不均匀分布对磁场穿透过程的影响。模拟结果表明：对于高密度等离子体开关,磁场以远大于磁扩散速率的速度穿透到等离子体中;在磁压对等离子体产生的压缩效应和欧姆加热效应共同作用下,激波区域的等离子体温度显著升高,这进一步加速了磁场穿透;当考虑能量输运方程时,开关导通时间为0.87 μs,比等温模型的结果0.92 μs短,与实验结果0.87 μs相一致。     

基于磁化电流法的双稳压电悬臂梁磁力精确分析

双稳压电悬臂梁结构常常用于振动能量采集系统,其中的非线性磁力与系统势函数和动力学方程的建立紧密相关,非线性磁力的正确分析和精确计算对系统振动响应和能量采集效果的准确预测至关重要.本文采用形状函数分析方法,通过悬臂梁弯曲斜率的整体积分计算,得到了悬臂梁末端的运动轨迹及其末端磁铁精确的位置与姿态,并由此根据磁化电流理论建立了双稳压电悬臂梁能量采集系统的磁力计算模型,给出了末端磁铁受到的水平轴向磁力和竖直纵向磁力及其合磁力的变化规律.数值模拟发现,随着末端磁铁竖直纵向位移逐渐增大,磁铁受到的水平轴向磁力和竖直纵向磁力都会依次由排斥力转变为吸引力,从而导致磁力合力的方向会随磁铁位移发生跨越两个象限的大幅度变化.实验验证表明,磁力计算结果与实验测量结果符合良好,其精确度优于现有文献方法的精度,因此本文的方法可以准确预测双稳压电悬臂梁振动过程的磁力变化规律.     

单光子探测器雪崩光电二极管的低温控制系统及其温度特性

根据单光子探测系统的要求及其特点,采用半导体制冷技术,研制出了用于单光子探测的雪崩光电二极管(APD)的水循环散热制冷腔。通过配备测量精度为0.1℃的温控仪,降低了APD的工作环境温度。通过实验探讨了APD的温度特性,得到了APD的雪崩电压、暗电流、光电流、等效噪声功率与温度的关系。结果表明:降低APD的工作温度有利于减小APD的等效噪声功率,APD存在最佳工作温度。     

CHG-SRFEL光学速调管磁极间隙全闭环控制系统

 描述了CHG-SRFEL光学速调管磁极间隙全闭环控制系统的原理，给出了系统硬件结构和软件设计。可独立或同步调节光学速调管调制段、色散段及辐射段磁极间隙的大小，分辨率达到20μm，精度达到5μm。通过改进系统位置监测设备，可进一步提高分辨率及精度。系统已经在光学速调管磁场测量、垫补中使用，具有精度高、安全性高、操作方便等特点。