高温超导储能应用研究的新进展

简要回顾了用于高温超导储能磁体的高温超导磁体材料的性能;重点介绍了近年来几种类型的高温超导储能磁体的研究新进展;然后分别介绍了Bi-2212和Bi-2223高温超导储能磁体的研究情况;最后简述了将来可能用YB-CO(或NdBCO)涂层导体材料设计在液氮温区运行的高温超导储能磁体。     

120kJ高温超导储能磁体的研究

阐述了120k J高温超导储能磁体的高温超导带选择及磁体主要参数。为确定120k J高温超导储能磁体绕组的通电方式,比较了30个高温超导双饼线圈两种连接方式在225A电流下的磁场特性。为满足杜瓦强度要求,针对120k J高温超导储能磁体杜瓦开展了结构设计及强度分析,结果表明,杜瓦满足高温超导绕组吊挂对其强度的要求。     

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。     

1MJ高温超导储能磁体的设计方案研究

微型超导储能系统（SMES）可用于改善电能质量和电力系统的动态稳定性，但在应用中需满足漏磁场的要求，本文主要以储能量为1MJ的超导储能磁体为例，结合多种有源屏蔽型超导储能磁体的结构特点，主要包括轴线平行、组合式环型，研究了有源屏蔽微型超导储能磁体的方案．对以上这两种类型的超导储能磁体进行了优化设计，并对优化结果进行了比较分析．     

高温超导储能磁体导冷片涡流损耗分析

高温超导储能(High Temperature Superconducting Magnetic Energy Storage,HTS-SMES)磁体装置可有效提高电力系统的稳定性、改善电能质量。储能磁体是储能装置的关键部分,为提高超导储能磁体的热稳定性,通常在超导磁体中增设铜导冷片。磁体充放电时在导冷片上会产生涡流损耗,损耗的大小严重影响磁体的超导特性,因此降低导冷结构的涡流损耗是提高磁体热稳定性的关键因素。运用有限元法(FEM)分析导冷片上的涡流损耗,在Ansoft仿真软件三维瞬态场中模拟磁体充电过程中导冷片的涡流损耗,结果表明:充电模式下,完整导冷片涡流损耗为1.45W;沿径向开缺口处理后涡流损耗为0.107W;导冷片内环、中部、外环开齿槽后涡流损耗分别为0.49、0.41、0.1242W。由此可得,对于导冷片的开齿槽处理可显著降低涡流损耗,且内部开齿槽的效果最佳。     

1MJ高温超导储能磁体的设计方案研究

微型超导储能系统(SMES)可用于改善电能质量和电力系统的动态稳定性,但在应用中需满足漏磁场的要求,本文主要以储能量为1MJ的超导储能磁体为例,结合多种有源屏蔽型超导储能磁体的结构特点,主要包括轴线平行、组合式环型,研究了有源屏蔽微型超导储能磁体的方案.对以上这两种类型的超导储能磁体进行了优化设计,并对优化结果进行了比较分析.     

高温超导储能磁体多物理场解耦设计

针对在高温超导储能磁体设计中多物理场耦合分析问题,本文提出了一种面向有限元分析的解耦优化设计方法,并以一台150kJ/100kW高温超导磁储能磁体为例进行了有限元仿真验证。本文首先梳理了高温超导储能磁体的多场耦合关系,提出在材料物性关系和多场耦合关系中分别以温度和电磁场为主导因素;进而归纳得出,磁体易失超危险区分布及解耦分析中多物理场数据流向设计,是设计过程中的关键问题,并给出了分析策略;最后按照逻辑合理、工作量最省的原则提出了解耦综合优化主流程,及针对易失超危险区的优化建议。     

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     

高温超导磁储能用斩波器高频电磁干扰研究

高温超导磁储能用电压源型功率调节系统中,IGBT的高速开关动作产生很高的dv/dt和di/dt,引起严重的电磁干扰。对超导磁储能用斩波器的两种工作模式分析发现,其与buck电路和boost电路的工作原理相同,进而得到斩波器的传导电磁干扰模型。采用Saber软件,分别对斩波器在理想情况和考虑各元件高频寄生参数时的传导干扰进行了仿真分析,结果表明,开关管通断过程中快速的电压和电流变化会引起严重的电磁干扰,高频寄生参数的存在会明显增加干扰强度,分析结果为斩波器的电磁兼容性设计提供了一定的参考依据。     

电力系统动模实验用50kJ高温超导储能磁体的设计研究

介绍了 2 0 K下对电力系统动模实验用 5 0 k J高温超导储能磁体的设计步骤 ,给出了用 Bi- 2 2 2 3单根超导带进行5 0 k J磁体线圈的设计和优化结果 ,分析了高温超导体的各向异性对磁体临界电流的影响和磁体漏磁的分布 ,并讨论了用单根高温超导带组成的超导体和用多根高温超导带组成的超导体设计的储能磁体的特性参数对改善电力系统动态特性的能力的影响。     

1MJ高温超导储能磁体的设计方案研究

微型超导储能系统(SMES)可用于改善电能质量和电力系统的动态稳定性,但在应用中需满足漏磁场的要求,本文主要以储能量为1MJ的超导储能磁体为例,结合多种有源屏蔽型超导储能磁体的结构特点,主要包括轴线平行、组合式环型,研究了有源屏蔽微型超导储能磁体的方案.对以上这两种类型的超导储能磁体进行了优化设计,并对优化结果进行了比较分析.     

高温超导环形储能磁体参与电网AGC调频服务的经济性分析

为提高区域电网整体调频能力,满足电网稳定性要求,将高温超导环形储能磁体应用到电网进行AGC调频服务。本文首先建立了参与电网AGC调频服务的高温超导环形储能磁体模型,并提出了储能系统的成本模型、补偿效益模型及净收益模型,然后在调频储能电站净收益最大化控制策略的约束条件下,基于电网实际下发的典型日某时段AGC指令,对净收益模型进行时序仿真,求解净收益的最优值。最后针对不同容量、不同使用寿命的储能系统进行了经济性评估,为高温超导储能磁体系统的调频规划、高效经济运行提供有效参考。     

高温超导储能磁体几何参数的优化

对于高温超导储能磁体的设计,必须在保证磁体性能满足设计要求的前提下,对磁体的几何参数进行优化,以达到减小导线使用量和提高磁体性能的目的.文中介绍对双饼单螺管高温超导储能磁体,根据磁体性能随双饼数目的变化关系的计算进行磁体设计参数优化的方法.     

高温超导磁悬浮飞轮储能系统样机

在日益严峻的能源问题背景下,为展示无源高温超导磁悬浮技术在能量储存领域的应用前景,我们设计制作了一台全高温超导磁悬浮形式的飞轮储能样机.样机主要由高温超导磁悬浮轴承、飞轮转子、永磁电机和电路控制及负载部分组成.上下两个轴向型高温超导磁悬浮轴承用于悬浮和稳定飞轮转轴,直径200mm重量1.4kg的飞轮转子作为储能载体,最高可实现13000r/min的转速.在演示运行中,采用灯泡作为负载,该样机完成了从电能→机械能→电能的相互转换.     

2.5MJ高温超导储能磁体的单圈嵌套式屏蔽研究

随着高储能量的高温超导储能磁体在电力系统中的应用日益广泛,对高储能量磁体周围漏磁场的屏蔽愈加重要.本文利用有限元仿真软件ANSYS分析了储能量为2.5MJ的高温超导磁体周围的漏磁场分布,并对其进行同轴嵌套式主动屏蔽.根据理论计算确定屏蔽磁体的几何尺寸和应加载的电流密度,并对四个不同几何参数的嵌套式屏蔽磁体进行仿真分析,最终确定了效果较好的屏蔽方案.     

5kJ高温超导环型储能磁体电磁优化设计

电磁优化设计在高温超导磁体的设计中占有至关重要的地位。文中应用MATLAB中的遗传算法工具箱并结合ANSYS有限元仿真计算,对高温超导储能磁体进行了电磁优化设计,给出了用AMSC公司生产的YBCO带材进行储能量为5kJ的环型磁体的电磁优化设计的结果,并对优化设计的结果进行了分析和总结。     

单螺管型高温超导储能磁体的ANSYS磁场仿真分析

超导磁储能系统通过超导体制成的导电线圈储存能量,它的投入使用完全依赖于超导磁体的设计和研制,作为电磁储能元件,超导磁体在运行过程中会产生相当强的磁场。以储能量为1MJ的单螺管型、Bi系高温超导磁体作为研究对象,根据电磁场理论,推导出数学模型,并借助ANSYS有限元分析软件,建立了一个由44个双饼线圈构成的二维电磁分析模型,得到磁场分布规律等。该分析结果对超导磁体的结构设计、优化及漏磁屏蔽提供了一定的参考依据。     

G-M制冷机在高温超导磁储能磁体直接冷却中的应用研究

分析了超导磁储能直接冷却的特点,对G-M制冷机应用于超导磁储能直接冷却进行了方案设计和负荷计算;针对应用于超导磁储能冷却的G-M制冷机分析了热力参数对制冷系数和熵产率的影响;根据高温超导磁体冷却的实验结果,研究了G-M制冷机在磁储能直接冷却应用中的关键技术问题。     

35kJ直接冷却高温超导储能磁体

介绍了直接冷却高温超导储能磁体的基本结构,分析了磁体的电磁特性,分析结果表明,磁体电磁设计中采用端部两对饼并联的方式,削弱了磁体端部磁场径向分量,提高临界电流,磁体表现了较好的电磁特性;仿真了磁体与电力系统进行功率交换时的热特性,仿真结果与实验结果两者温度变化总体趋势是一致的;介绍了磁体的冷却实验和磁体系统的动态模拟实验结果.实验结果表明磁体的冷却措施和低温系统的冷却方案是可行的,磁体具有较好的热稳定性.     

35kJ高温超导磁储能系统的电流引线及其绝缘与导热结构

介绍了制冷机直接冷却的35kJ／7kW高温超导磁储能系统电流引线的结构型式,以及它所采用的绝缘、导热截流结构．经实验验证,该电流引线的设计及其绝缘与导热结构是可行的．