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.     

大型CICC超导磁体的超导接头研制

国家大科学工程"稳态强磁场装置"混合磁体的外超导磁体采用了管内电缆导体(CICC)方案,CICC超导接头就成为建设强磁场装置的关键技术之一.针对混合磁体的结构和工作模式,我们设计了两种新型结构、满足不同连接需要的CICC导体超导接头,并对研制的超导接头样品在4.2K低温下进行了性能测试,其各项性能满足了稳态强磁场混合磁体外超导磁体的工作要求.本文将主要介绍该超导接头的设计方案以及整个研制过程.     

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.     

变形分子的电子运动及超导条件

在分子尺度上如何产生、控制超导是实现常温超导材料的理论基础.外部的应力会导致分子的变形,这种变形会改变电子云的运动.把电子云的位置空间波矢函数的变化视为广义的位移场,构造一个电子云的局部空间变形.在电荷守恒和质量守恒的条件下,就得到电子云的位置空间波矢运动方程.结果表明,对磁场应力,电子云空间将出现定向扩张,导致出现过分子中心位置、沿宏观转轴方向不变、在转动平面上衰减很快的量子化电荷密度("电流涡").经由局部电磁场的运动方程,建立了变形原子分子中的宏观局部磁场、超导电流密度和局部电子云电子密度满足的运动方程.该方程为超导方程.这一结果对解决外部应力作用下超导的临界出现条件提供了一个关于分子结构的宏观唯象理论.     

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     

低温和高温超导电动/发电机发展概述

自1911年发现超导电性起,如何将这种神奇导体应用到与电相关的领域一直是电工科学的焦点之一.目前超导体的应用研究在多个领域取得了实质性进展,处于工业应用的前期,这其中就包括超导电机(含电动机和发电机)的应用.本文以1986年高温超导陶瓷材料的发现为界限,按国别分类,介绍了低温超导电机和高温超导电机的发展历程及研究现状,并对不同类型超导电机的优缺点及其应用前景进行了分析.     

神奇的超导

 电阻起源于载流子(电子或空穴)在材料中运动过程中受到的各种各样的阻尼.按照材料的常温电阻率从大到小可以分为绝缘体、半导体和导体.绝大部分金属都是良导体,他们在室温下的电阻率非常小但不为零,在10^-12 mΩ·cm量级附近.自然界是否存在电阻为零的材料呢？答案是肯定的,这就是超导体.当把超导材料降到某个特定温度以下的时候,将进入超导态,这时电阻将突降为零(图1),同时所有外磁场磁力线将被排出超导体外,导致体内磁感应强度为零,即同时出现零电阻态和完全抗磁性.超导态开始出现的温度一般称为超导临界温度,表示为T_c.微观上来说,当超导材料处于超导临界温度之下时,材料中费米面附近的电子将通过相互作用媒介而两两配对,这些电子对将同时处于稳定的低能组态,叫“凝聚体”.在外加电场驱动下,所有电子对整体能够步调一致地运动,因此超导又属于宏观量子凝聚现象.对于零电阻态,实验上已经证实超导材料的电阻率小于10^-23 mΩ·cm,在实验精度允许范围内已经可以认为是零.如果将超导体做成环状并感应产生电流,电流将在环中流动不止且几乎不衰减.超导体的完全抗磁性并不依赖于超导体降温和加场的次序,也称为迈斯纳(Meissner)效应.一个材料是否为超导体,零电阻态和完全抗磁性是必须同时具有的两个独立特征.     

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。     

碳基超导体的最新研究进展北大核心CSCD

碳基超导体是未来超导体发展方向之一,具有重大的研究意义.本文阐述了碳基超导体的分类,制备方法,超导性能的进展和研究现状,对其新的实验结果给予了特别的关注.总结了各类碳基超导材料的利弊.并着重从实验研究入手以及对现状的了解,展望了对碳基超导的研究方向.     

超导磁悬浮支承系统干扰力矩及漂移误差分析

在超导磁悬浮支承系统中, 如果被悬浮的超导球形转子是一个理想的球体, 并且是表现出完全的迈斯纳态, 那么由于球体的对称性, 就不会产生干扰力矩. 但实际的情况并非如此, 一般情况下, 超导球形转子总是存在加工制造误差, 且在高速旋转时总是存在离心变形, 因此转子的表面并不是理想的球面, 当超导转子悬浮在磁场中时, 沿转子表面法线方向的磁悬浮力, 不是完全通过转子质心, 将会产生磁支承干扰力矩, 从而引起转子的漂移误差. 本文从超导转子磁支承干扰力矩的物理机理出发, 对干扰力矩及其引起的漂移误差进行了分析, 包括转子非球形产生的一次干扰力矩、转子非球形与失中度和装配误差产生的二次干扰力矩, 并推导出了磁支承干扰力矩引起的漂移率计算公式, 代入转子参数计算出各种干扰力矩引起的漂移率大小, 为转子漂移测试和系统误差补偿提供了参考, 对于转子的结构优化设计具有指导意义.     

基于双晶退火衬底的高温超导纳米量子干涉仪在液氦液氮温区下的输运特性

超导纳米量子干涉器件是近年来发展起来的一种新型超导器件, 通过现代微纳加工技术将其超导环缩小到纳米尺寸, 构成高度灵敏的微观自旋探测器, 理论上可以达到测量单电子自旋的灵敏度. 同时, 高温超导由于具有较高的临界温度和上临界场也备受关注. 然而, 相比于低温超导量子干涉器件, 高温超导量子干涉器件的1/f 噪声更加显著, 这限制了其在低频下的应用. 本文基于双晶衬底技术, 通过聚焦离子束加工制备高温超导纳米量子干涉仪, 并对其在液氦和液氮温区下的电学性能、4.2 K 下的磁通噪声进行表征. 实验发现, 通过预先退火处理钛酸锶双晶衬底, 可以有效改善衬底表面的粗糙度, 进而优化高温超导纳米量子干涉仪的1/f 磁通噪声. 最终得到低频下(1 Hz)的磁通噪声灵敏度为4.9 μΦ0/Hz1/2 , 比未事先预处理的小一到两个数量级, 这对于推进高温超导纳米量子干涉器件在低频下的应用意义重大.     

超导材料、理论新进展及应用前景

 自从1911年卡末林·昂尼斯首次发现超导电性以来,已经历了四分之三世纪以上的岁月了.然而,人类对超导电性的研究和应用仍然没有达到完美的境地.尽管如此,超导电性学科和技术仍已步入它的青壮年时期,并且人们认识到:一旦室温超导材料被发现,则人类现代技术文明的一切都将随之发生巨大变革.一、高温氧化物新超导材料的发现直到1985年,人类发现的超导材料的超导转变温度T_c都较低,只能在液态氦温度下工作,这个条件限制了超导技术的应用.想方设法提高T_c是几十年来人们努力寻求的目标,其中一个方向就是研究氧化物超导体.这始于几十年前,从当时的尺度来看,已获得T_c值不算很低的研究结果,因而一直受到关注.     

冷绝缘超导电缆的结构及技术简介

超导电缆具有传输容量大、传输损耗低、占用通道小和环境友好等特性,备受电力行业的关注.随着超导电缆技术的不断进步,它将很有可能在未来电网的主干线路、城市电力负荷集中区、大型工矿厂区等电能传输密集的线路中得到广泛应用.冷绝缘是超导电缆的一种结构形式,在交流电传输上具有一定的优势.目前,冷绝缘超导电缆在国际上有多个已完成和进行中的示范性项目,是超导电缆技术发展的一个重要方向.本文介绍了冷绝缘超导电缆的基本结构,与热绝缘超导电缆的区别,并根据10kV/1500A单相冷绝缘超导电缆的研发实践,对其制作技术进行简要介绍.     

超导及其军用前景

 1911年荷兰科学家昂内斯(Ｈ.Ｋ.Ｏｎｎｅｓ)在测量汞电阻实验中发现了超导,从此,超导走进人类社会。超导体处于超导态时电阻率为零,且具有完全抗磁性,正由于它这不同寻常的特性,潜藏着无比广阔的应用前景,几十年来吸引着大批科学家孜孜不倦地探索它的奥秘。近年来超导研究飞速发展,不少国家在实用化超导技术的开发应用中取得累累硕果,大批超导产品纷纷问世。据国际超导产业技术研究中心等机构预测,到2020年,超导产业在电子和医疗等领域将发挥重要作用,会发展成1500亿美元的巨大国际市场。     

超导体在低温液体泵中的应用研究与发展现状

针对高可靠性低温液体泵在低温流体输送中的应用需求,首先介绍了传统低温液体泵的应用背景及其存在的问题.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.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...     

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.     

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.     

中国超导电子学研究及应用进展

超导体的发现距今已有近110年了,高温超导体的发现也已经有30多年了.超导材料的电子学应用在最近一二十年取得了突破性进展.高温超导微波器件显示了比传统微波器件更优越的性能,已经在移动通信、雷达和一些特殊通信系统中取得了规模化应用.超导量子干涉器件以其磁场和电流测量的超高灵敏度,成为地质勘探、磁共振成像和生物磁成像等领域不可替代的手段.包括超导隧道结混频器、超导热电子混频器、超导转变沿探测器及超导单光子探测器等在内的超导传感器/探测器可以探测全波段的电磁波及各种宇宙辐射,具有接近量子极限的超高灵敏度,在地球物理、天体物理、量子信息技术、材料科学及生物医学等众多前沿领域发挥越来越重要的作用.超导参量放大器已经成为实现超导量子计算的关键器件.超导集成电路技术已被列入国际器件与系统技术路线图,成为后摩尔时代微电子领域的前沿阵地之一.在计量科学中,超导约瑟夫森效应及约瑟夫森结阵器件被广泛应用于量子电压基准和国际单位制基本单位的重新定义中.在当前的量子信息技术热潮中,超导电子学扮演重要角色,同时量子热潮也大力推动了超导电子学的发展.本文主要对近几年我国超导电子学研究和应用的现状与进展进行概括总结.     

正常金属-铁磁绝缘层-d波超导结中的磁散射对量子输运的影响

在正常金属-铁磁绝缘层-d波超导隧道结中,考虑到铁磁绝缘层的粗糙界面散射和磁散射效应,运用Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程和Blonder-Tinkham-klapwijk(BTk)理论模型,计算隧道结中的准粒子传输系数和微分电导.计算表明：1)粗糙界面散射和磁散射都能压低零偏压电导峰,其中磁散射能使零偏压峰滑移,而粗糙界面却能阻止零偏压峰的滑移,且随着两种散射强度的逐渐增大,又能使零偏压电导峰渐渐变为凹陷;(2)当铁磁层离开超导表面有若干相干长度时,隧道谱中将呈现一些子能隙谐振峰. 关键词：     

Bi（Pb）—Sr—Ca—Cu—O高Tc超导材料的研制及其超导性能的改善

本文比较了掺 Pb.热处理条件和加工工艺对 Bi-Sr-Ca-Cu-O 超导性能和组织结构的影响.结果表明,在接近样品熔点温度烧结,并随后进行退火处理,有利于减少低 T_c 的2212相体积分数,但其效果不如掺 Pb 显著.Ag 包套 Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O 带材,由于呈薄片状的晶粒依带面紧密层叠,且其 c 轴明显形成垂直带面的定向排列,jc(77K,0T)显著提高,使其由块状样品的90A/cm~2增加到带材的7950A/cm~2.