超导储能系统的研究现状及应用前景

 超导磁储能系统将电磁能存储在超导储能线圈中,具有反应速度快、转换效率高、快速进行功率补偿等优点,在提高电能品质、改善供电可靠性及提高大电网的动态稳定性方面具有重要价值。概述了超导储能系统的工作原理、研究现状及优缺点,并展望了其未来应用可能性及发展方向。     

超导储能装置改善电力系统动态性能的研究

超导储能装置(SMES)能够实现有功功率和无功功率四象限的独立控制,调节速度快,是一种理想的提高电力系统动态性能的手段.文章分析了SMES的工作机理,建立了其交直流侧电量的数学关系,论证了独立控制有功功率和无功功率的原理,用内部和外部两层控制建立了它的控制系统.应用电磁仿真软件EMTDC,对SMES提高电力系统动态性能进行了研究.研究结果表明,SMES在改善发电机阻尼方面具有优良的性能,SMES安装地点对此功能有较大影响.     

基于超导磁储能装置的风电并网功率控制研究

风电系统输出功率的波动性和间歇性作为制约风电系统大规模并网的关键因素,给电网带来的不利影响越来越受到重视。为了提高风电系统并网功率的稳定性,本文对基于超导磁储能装置的风电并网功率控制做了研究。首先在理论上抽象描绘出风电并网系统的结构图,其次阐述超导磁储能装置抑制风电并网系统功率波动和震荡的原理,最后利用仿真软件matlab/simulink对风电并网系统进行了仿真分析,验证了采用超导磁储能装置稳定风电并网功率的正确性。     

舰船电力系统用1 MJ高温超导储能磁体设计研究

介绍了舰船电力系统用的1MJ螺管型高温超导储能磁体的设计优化步骤，给出了用Bi-2223超导带进行1 MJ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，讨论了储能容量一定的多螺管磁体系统在漏磁、储能密度和所需超导线材方面的变化。     

基于虚拟磁链的超导储能装置直接功率控制策略

在超导储能装置中采用虚拟磁链估算法计算瞬时功率,以消除采样干扰.并将直接功率控制技术(DPC)应用到超导储能系统中,得出了新的开关矢量表.将这两种方法结合使用,得到了一种能够改善超导储能装置的响应速度,提高系统的稳定性的控制策略.实验结果表明,该方法具有良好的控制性能,适用于电压型超导储能装置.     

超导磁储能装置抑制风电并网功率波动的探索

为减小随机波动性的风电对电网产生的冲击,采用储能装置平抑功率波动,通过快速补偿或吸收不平衡功率,提高风能的利用率.超导磁储能装置响应速度快、能量密度大,将超导磁储能应用于风电厂出口处,并在MATLAB中对超导磁储能装置平抑风电并网功率波动的系统进行仿真验证,结果表明,超导磁储能技术对风电并网产生的功率波动有抑制作用.     

直接冷却超导磁储能磁体加载实验与热分析

阐述了35 kJ高温超导磁储能系统及其实验装置,通过对直接传导冷却超导磁储能磁体进行电流加载实验,对磁体进行了动态热分析.研究表明:在变流器对超导磁储能磁体充放磁储能过程中,磁滞损耗是功率损耗的主要部分,对磁体温升影响最大;减小变流器直流侧频率有利于抑制磁体温升.基于热稳定性分析了导冷结构的优化因素,指出直接冷却导冷结构应强化关键部位(磁体上部)的传热,以减小磁体轴向温差.     

超导磁分离在造纸厂污水净化中的应用

针对小型造纸厂污水处理问题.开展了超导磁分离技术研究.设计并研制出制冷机直接冷却的高温超导磁体,磁体中心磁场在直流运行状态下达到1.48 T,交流运行状态达3.92 T.利用该超导磁体对造纸厂废水进行了磁分离处理.实验中,预先在废水中加入经过表面等离子有机改性的铁磁性颗粒,并与污水中非磁性有害物质絮接,通过强磁场实现水中污染物的分离.实验结果表明,经磁分离处理的集水池废水COD值由起始的1 780 mg/L降到147 mg/L,净化效果良好.讨论了利用等离子体聚合薄膜制备具有强捕捉能力的磁性粒子工艺.     

基于空间矢量的电流型超导磁储能瞬态功率控制

超导储能线圈通过变流器与电网连接,从上层控制来说,四象限功率控制是基本的底层控制。本文使用空间矢量和瞬时功率理论,提出一种电流型超导磁储能瞬态四象限功率控制算法,通过电压空间矢量计算出瞬时功率需要的电流空间矢量,然后根据超导线圈电流,确定变流器开关状态和时间,不仅具有瞬时功率控制,而且具有一定准确度和抗干扰能力。最后使用该算法设计了功率开环和闭环CSMES瞬时功率控制系统。     

磁悬浮储能飞轮系统中的磁轴承参数辨识

精确的参数辨识是设计磁轴承控制器的基础.针对磁悬浮储能飞轮系统分别采用了电磁力测量法和自由振荡法对磁轴承的电流系数和位移系数进行了参数辨识,同时使用辨识到的参数进行了系统仿真.通过辨识结果和理论值,以及仿真和实际测量到的系统的时域冲击响应的比较,表明辨识结果有比较高的准确度.这两种方法均可有效地对磁轴承系统参数进行辨识,使用辨识参数所设计的控制器实现了飞轮系统稳定运行至20 000 r/min, 并实现了对外发电输出能量.     

一种飞轮储能的机电暂态模型及其在电力系统稳定控制中的应用

飞轮储能(FES)可为电力系统提供快速的功率响应容量,补偿系统中的瞬时功率不平衡,从而有效提高电力系统的稳定性、可靠性和电能质量。首先对两种典型的高速和低速FES进行详细的建模,给出相应的控制策略,并在此基础上提出一种简化通用的FES机电暂态仿真模型;然后,将FES应用于提高电力系统稳定性控制,并在MATLAB/Simulink中进行仿真研究,结果验证了FES数学模型的合理性以及在电力系统稳定控制中的有效性。     

超导储能在改善电能质量方面的应用

随着现代科学技术的发展,电力用户对电能质量的要求不断提高。超导储能系统不仅可以进行电压跌落补偿,还可以实现负载波动补偿和有源滤波等功能,从而实现了统一电能质量调节。本文阐述了SMES系统的主要组成,并针对不同应用给出了相应的控制算法和实验结果。实验结果表明,超导储能系统可以有效地改善用户电能质量。     

氧化钇钡铜(YBCO)高温超导带材在超导储能装置的应用

高温超导磁储能系统具有功率密度大、响应快和寿命长等优势,在新能源电网和新能源电动船舶等领域具有潜在的应用前景.二代高温超导带材具有优越的载流能力、较高的工作温度以及相对较低的制备成本,在超导储能装置得领域到了广泛应用.对氧化钇钡铜(YBCO)高温超导带材特性介绍的基础上,分析储能装置对其的性能要求,阐述一代高温超导储能磁体研究现状,并结合10 MJ储能磁体的设计进行具体案例分析.     

钛材在舰船冷凝器中的应用前景

介绍了在舰船冷凝器中采用钛管的优越性,简要综述了钛材在舰船冷凝器中的应用概况２,通过对比进一步论证了性能优异的钛材在舰船冷凝器中具有非常广阔的前景。     

超导储能提高直驱风电系统低电压穿越能力的控制策略

针对电网故障、扰动引起的电网电压跌落给并网运行的永磁直驱风力发电系统带来的问题,应用超导储能系统提高永磁直驱风力发电系统的低电压穿越能力.研究永磁直驱风力发电系统以及超导储能系统的数学模型,设计相应的控制策略.利用Matlab/Simulink工具箱搭建系统仿真模型,给出不同电网电压跌落状况下,添加超导储能系统前后的仿真实验结果,并对实验结果进行对比分析.结果显示,当电网电压跌落时,超导储能系统能迅速平衡直流母线的功率变化,使直流母线电压保持稳定,直驱风电系统低电压穿越能力得到一定的提高.     

混杂动态系统理论及其在电力系统中的应用

混杂系统是计算机技术和控制理论相结合的产物，是近年来新兴的领域．介绍了混杂动态系统的建模、分析与综合以及仿真及其在电力系统中的应用，并分析了这些应用中一些技术和理论上的难点和研究方向，探讨了混杂系统在电力系统中的应用前景．     

含储能系统及风电的电力系统动态经济调度

风电的随机性和波动性给传统的调度带来困难,为此在模型中引入储能系统,分析了储能系统对含风电的电力系统经济调度的影响,尤其是对系统调峰的影响。将含风电和储能系统的经济调度描述为一个非线性优化问题,建立了一个风电场与储能系统相配合的清洁经济调度模型,其目标函数在传统火电机组运行费用的基础上兼顾了火电的排污成本,寻求经济和环保总成本的最优解,采用粒子群算法对该模型进行求解。通过6机系统算例分析,表明该模型能够有效地控制储能系统的出力;储能系统的引入可明显降低系统的运行费用,尤其是火电机组调峰的费用,且提高了风能利用率。     

飞轮储能系统在抑制电力系统多模式振荡中的应用

推导了含有飞轮储能系统(FESS)的多机系统线性化模型,应用阻尼转矩分析法论证了单个FESS抑制复杂电力系统多模式振荡的可行性.在FESS独立的有功控制回路和电压控制回路上分别附加一个稳定器,以抑制系统的多模式振荡.基于现代控制理论的可观性和可控性准则,为各振荡模式选择控制回路和反馈信号,并采用改进的粒子群优化算法协调整定FESS中各附加稳定器的参数.以四机系统为例,FESS上附加的2个稳定器可将2个振荡模式的阻尼比分别从-0.013和0.052变化到0.106和0.102,说明单个FESS具有抑制复杂电力系统多模式振荡的能力.     

储能技术在现代电力系统各种状态下的应用

本文阐述了现代电力系统所面临的挑战,并在此基础上分析了储能技术在电力系统正常、警戒、紧急、极端以及恢复等状态下的典型应用,揭示了储能技术在现代电力系统中所具有的重要意义。