柔性電力技術第1章電力系統(tǒng)的柔性化技術

1、柔性電力技術電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用主講：劉興華山東農業(yè)大學機電學院http:/http:/http:/課程內容 第一章 電力系統(tǒng)的柔性化技術 第二章 電力變換電路與控制 第三章 發(fā)電領域的電力電子技術 第四章 直流輸電技術 第五章 輸電系統(tǒng)柔性并聯(lián)補償 第六章 輸電系統(tǒng)柔性串聯(lián)及混合補償 第七章 柔性化用電與負荷特性第一章 電力系統(tǒng)的柔性化技術第一節(jié)：電力系統(tǒng)特點以及柔性化的必要性1 柔性電力技術的定義：柔性和非柔性 基于電力電子技術在電能的產生，輸送與應用各個環(huán)節(jié)對電能的質量進和形態(tài)進行快速、精確控制的技術。柔性電力技術實施的核心是電力電子技術。提出者：美國電力科學研究院的學者Nar

2、ain Hingorani 2 電力系統(tǒng)的目標(1)可控性好，形式多樣的發(fā)電系統(tǒng)。(2)潮流可控，安全穩(wěn)定的輸電系統(tǒng)。 (3)模式多樣、質量可控的配電系統(tǒng)。(4)調節(jié)性好、高效節(jié)能的用電系統(tǒng)。3 傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的構成與特點 電力系統(tǒng)是為電能的產生、輸送、分配與應用而構建成的人工系統(tǒng)。依據電能的流程可劃分為發(fā)電、輸電、配電和用電四個組成部分。 傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的構成主要包括：發(fā)電機、變壓器、傳輸線、電纜、電容器組、直接實現(xiàn)電能轉換的用電設備及保護與控制設備。 單機無窮大系統(tǒng),以空載電動勢和同步電抗表示的功角關系: 變壓器的有載調壓開關可具有調節(jié)高壓線路無功潮流的作用。(3）架空輸電線路 4個參數： 由

3、導體電阻率引起的串聯(lián)電阻R， 由相與地之間漏電流引起的并聯(lián)電導G， 由導體周圍磁場引起的串聯(lián)電感L， 由導體之間的電場引起的并聯(lián)電容C。線路的功率傳輸特性（只考慮在功率傳輸分析中起主導作用的電感參數） 缺點：改變潮流的局限性 (4)負荷 電壓、頻率調節(jié)特性較差，即負荷從系統(tǒng)取用的功率隨系統(tǒng)電壓、頻率的波動而發(fā)生變化. 這對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行往往是有利的，但對用電設備的穩(wěn)定運行則是不利的。 (5)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在可控特性方面的主要特點： 電能不平衡影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 各發(fā)電機組間必須嚴格保持同步。 電力系統(tǒng)網絡中的潮流只能由系統(tǒng)阻抗決定 供電模式單一。 電能質量控制主要以靜態(tài)調節(jié)為主。 用電

4、負荷電能利用調節(jié)性能較差，電能利用率較低。1.3 柔性電力技術的概念、分類和應用示例1、發(fā)電領域中的柔性化技術 1）可變速抽水儲能技術(ASPS，Adjustable Speed Pump storage)2）風力發(fā)電中的雙饋感應發(fā)電技術(DFIG，Double Feed Induction Generator)3）太陽能發(fā)電中的功率調節(jié)技術(PC，Power conditioning)4）靜止勵磁系統(tǒng)(SE，Static Exciting)5) 新的發(fā)電方式2、輸電環(huán)節(jié)的柔性化技術1）高壓直流輸電(HVDC，High Voltage DC)2）靜止無功補償（SVC，Static Var Co

5、mpensator） 又稱STATCOM3）靜止無功發(fā)生器（SVG，Static Var Generator) 4) 可控串聯(lián)補償設備(TCSC：Thyristor Controlled Series Compensator)5）統(tǒng)一潮流控制器（UPFC Uniform Power Flow Controller)6）大容量超導儲能系統(tǒng)。（SEMS，Super-Conducting Magnetic Energy Storage)7) 靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC，Static Synchronous Series Compensator)3、配電網中的柔性化技術。1）配網靜止無功補償器(D-

6、SVC，Distribution Static Var Compensator)2) 配網靜止無功補償發(fā)生器(D-SVG，Distribution Static Var Generator)。3）有源電力濾波器(APF，Active Power Filter)4）固態(tài)斷路器(SCB，Solid-state Circuit Breaker)5）輕型直流輸電.(HVDC-Light)。6)動態(tài)電壓調節(jié)器(DVR，Dynamic Voltage Regulator) 7)配電系統(tǒng)用超導儲能(D-SMES Distribution-SMES)8)不間斷電源(UPS，Uninterruptible Po

7、wer Supply) 9)統(tǒng)一電能質量調節(jié)器(UPQR，Uniform Power Quality Regulator)(4)用電設備的柔性化技術。1)電動機的變頻調速(VFD，Variable Frequency Drive)2)中頻感應加熱(MFIH，Medium Frequency Induction Heating)3)電力電子鎮(zhèn)流器(EB，Electronic Ballast) 4）開關電源(SMPS，Switch Mode Power supplies)1.4 電力電子器件的基本特性與發(fā)展1、按控制方式分類：(1)不可控器件。(2)半控器件。(3)全控器件。2、典型器件 (1)功

8、率二極管(2)晶閘管(3)光觸發(fā)晶閘管(LTT，Light-triggered Thyristor)。 1) LTT 不需要高電位邏輯電路和BOD 保護觸發(fā)電路, 因此采用 LTT 的SVC 閥塔的元器件數量將減少近7 000 個, 故障率將下降, 可靠性將提高。2) LTT 無須輔助電源以給與晶閘管等電位的觸發(fā)回路提供電源, 所以交流系統(tǒng)電壓降和外部故障( 如直流陷落) 對LTT 的影響很小。3) 與晶閘管等電位的門極驅動單元取消后,模塊接線被簡化, 局部放電和電磁干擾的可能性大為降低, 設備投運后維護工作發(fā)生意外故障的可能性大為降低, LTT 晶閘管閥塔可獲得更高的可靠性。4) 將過電壓保

9、護功能集成到LTT 的晶閘管硅片之中, 減少了對匹配特性的要求, 使得保護具備對外界影響固有的安全特性。5) 閥塔無須預充電即可啟動。缺點：LTT需很高的光靈敏度，以適應遠距離控制和長壽命發(fā)光管的實際要求。(4)門極可關斷晶閘管(GTO) GTO是目前阻斷電壓最高和通態(tài)電流最大的全控型器件。 既保留了普通晶閘管耐壓高、電流大等優(yōu)點，以具有自關斷能力，使用方便，是理想的高壓、大電流開關器件。 缺點是驅動電路復雜并且驅動功率大，導致關斷時間長，限制了器件的開關頻率；關斷過程中的集膚效應容易導致局部過熱，嚴重情況下使器件失效；為了限制dv/dt，需要復雜的緩沖電路GTO主要應用在中、大功率場合。(5

10、)功率場效應管（Power MOSFET）功率場效應管屬于電壓控制型器件優(yōu)點： 驅動電路簡單，需要的驅動功率??；開關速度快，高頻特性好，工作頻率高達100kHz以上。熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。缺點： 電流容量小，耐壓低，通態(tài)壓降大，一般只適用于功率不超過10kW的場合。 目前制造水平大概是1kV/2A/2MHz和60V/200A/2MHz。 (6)絕緣柵雙極晶體管(IGBT) IGBT是后起之秀，集MOSFET和GTR的優(yōu)點于一身，既具有MOSFET的輸入阻抗高、開關速度快的優(yōu)點，又具有GTR耐壓高、流過電流大的優(yōu)點，是目前中等功率電力電子裝置中的主流器件。柵極為電壓驅動，所需驅動功率小，開關損耗小

11、、工作頻率高，不需緩沖電路，適用于較高頻率的場合。其主要缺點是高壓IGBT內阻大，通態(tài)電壓高，導致導通損耗大；在應用于高（中）壓領域時，通常須多個串聯(lián)。 TC 3300 型IGBT變流器IGBT 的導通電納比 MOSFET 小的多IGBT 導通損耗比MOSFET小(7)集成門極換流晶閘管(IGCT) (Integrated Gate Commutated Thyristor ) IGCT是在克服GTO關斷能力差，重復關斷較大電流時容易產生局部過熱損壞等缺陷而發(fā)展起來的。4500v/1100A IGCT組件 4500v/4000a不對稱型igct組件 IGCT是在GTO的基礎上發(fā)展起來的新型復合

12、器件，兼有MOSFET和GTO兩者的優(yōu)點，又克服了兩者的不足之處，是一種較為理想的MW級的高（中）壓開關器件。與MOSFET相比，IGCT通態(tài)電壓更低，承受電壓更高，通過電流更大；與GTO相比，通態(tài)電壓和開關損耗進一步降低，同時使觸發(fā)電流和通態(tài)時所需的門極電流大大減小，有效地提高了系統(tǒng)的開關速度。電力電子技術的應用領域 變送領域 產業(yè)、交通領域 GTO IGBT MOSFET 晶閘管 100M 10M 1M 100k 10k 1k 100 10 100 1k 10k 100 k 1M 控制容量（VA） 工作頻率（Hz ） 信息處理領域 010203040功率容量MVA1990198019702

13、000年（）晶片直徑（英寸）晶閘管2.5KV1KA(2)4KV1.5KA(3.5)12KV1KA(4)8KV4KA(6)GTO4.5KV2KA(2.5)4.5KV3KA(3)4.5KV4KA(3.5)6KV6KA(6)GCT4.5KV3KA(3.5)4.5KV4KA(4)6KV4KA(4)HVIGBT4.5KV0.9KA晶閘管雙向晶閘管MOSFETGCTGTOIGBT(Discrete)IGBT MolduleIPM器件額定容量10k100M10M1M1k100k1001010工作頻率(HZ)1M10k100k1k100電力電子器件正朝著容量越來越大、頻率越來越高的方向發(fā)展。1.5 儲能技術的

14、現(xiàn)狀與發(fā)展1、水電站的開發(fā)方式一、壩式水電站 特點：水頭取決于壩高。引用流量較大等 1河床式電站(power station in river channel)一般修建在河道中下游河道縱坡平緩的河段上，為避免大量淹沒，建低壩或閘。適用水頭：大中型：25米以下，小型：810米以下。2壩后式水電站(power staion at damtoe)當水頭較大時，廠房本身抵抗不了水的推力，將廠房移到壩后，由大壩擋水。壩后式水電站一般修建在河流的中上游。庫容較大，調節(jié)性能好。如為土壩，可修建河岸式電站。二、引水式水電站二、引水式水電站(diversion type power station)(diver

15、sion type power station) 在河流坡降陡的河段上筑一低壩(或無壩)取水，通過人工修建的引水道(渠道、隧洞、管道)引水到河段下游，集中落差，再經壓力管道引水到水輪機進行發(fā)電 特點：特點：(1)(1) 水頭相對較高，目前最大水頭已達2000米以上。(2) 引用流量較小，沒有水庫調節(jié)徑流，水量利用率較低，綜合利用價值較差。(3) 電站庫容很小，基本無水庫淹沒損失，工程量較小，單位造價較低。類型：類型：(1) 無壓引水式(free flow)：引水道是無壓的(如明渠)(2) 有壓引水式(pressure flow)：引水道是有壓的(壓力隧洞)三、混合式水電站三、混合式水電站(mi

16、xed power plant)(mixed power plant) 在一個河段上，同時采用高壩和有壓引水道共同集中落差的開發(fā)方式稱為混合式開發(fā)。壩集中一部分落差后，再通過有壓引水道集中壩后河段上另一部分落差，形成了電站的總水頭。這種開發(fā)方式的水電站稱為混合式水電站。 適用于上游有優(yōu)良壩址，適宜建庫，而緊接水庫以下河道突然變陡或河流有較大的轉彎。 同時兼有壩式和引水式水電站的優(yōu)點。 在工程時間中多稱為引水式，很少用混合式水電站這個名稱。14名游客被困永定河 門頭溝消防3小時生死大營救 1、抽水蓄能技術： 利用電能與水力勢能相互轉換的蓄能技術，是目前國內外各電力公司采用的一項大規(guī)模實用技術。抽

17、水蓄能：系統(tǒng)負荷低時，利用系統(tǒng)多余的電能帶抽水蓄能：系統(tǒng)負荷低時，利用系統(tǒng)多余的電能帶動泵站機組將下庫的水抽到上庫動泵站機組將下庫的水抽到上庫(電動機電動機+水泵水泵)， 以水的勢能形式貯存起來；以水的勢能形式貯存起來；放水發(fā)電：系統(tǒng)負荷高時，將上庫的水放下來推動放水發(fā)電：系統(tǒng)負荷高時，將上庫的水放下來推動水輪發(fā)電機組水輪發(fā)電機組(水輪機水輪機+發(fā)電機發(fā)電機)發(fā)電，以補充系統(tǒng)中發(fā)電，以補充系統(tǒng)中電能的不足。電能的不足。 抽水蓄能的效率還較低，采用可變速技術后效率也只能達到75%左右。 四、抽水蓄能電站 (pumped storage power station)抽水蓄能電站結構示意圖(a)縱斷

18、面圖 (b)平面圖 電站安裝常規(guī)水電機組1150MW，抽水蓄能機組390MW，下池閘小電站安裝25MW水電機組。常規(guī)機組于1981年并網發(fā)電，首臺蓄能機組于1991年7月投入試運行，1992年12月全部機組投入運行。我國第一座大型混合式抽水蓄能電站。電動發(fā)電機采用可變極（42極、48極）雙速電機，在泵工況低水頭（小于45m）運用時由60MW變頻器驅動實現(xiàn)無極變頻變速運行，是當時國內最大的靜止變頻器。 潘家口抽水蓄能電站廣州抽水蓄能電站上水庫的資料照片1994年3月12日，中國建設的第一座大型抽水蓄能電站廣州抽水蓄能電站一期工程完工，四臺機組全部投產。它也是當時世界規(guī)模最大的抽水蓄能電站。電站總

19、裝機容量240萬千瓦，裝備8臺30萬千瓦具有水泵和發(fā)電雙向調節(jié)能力的機組。二期工程2000年全部投產。電站以500 kV出線接入廣東電網，一期出線兩回，二期出線三回，其中一回作兩期聯(lián)絡，對外共三回出線納入電網，負責廣東、香港兩地電網的填谷、凋峰、調頻、調相、事故備用以及配合大亞灣核電站和將要投產的嶺澳核電站的安全、經濟運行。泰安抽水蓄能電站，位于山東省泰安市西郊，大河水庫北邊的山上。工程建設4250兆瓦可逆式發(fā)電機組，計劃2006年12月30日竣工。機組投產后，對促進泰安地方經濟發(fā)展，改善山東電網布局，提高電網運行水平都有重要意義。 五、五、 潮汐電站潮汐電站( tidal energy po

20、wer station)潮汐：潮汐現(xiàn)象是海水因受日月引力而產生的周期性升降潮汐：潮汐現(xiàn)象是海水因受日月引力而產生的周期性升降運動，即海水的潮漲潮落。運動，即海水的潮漲潮落。世界海洋潮汐能蘊藏量約為27億kW，若全部轉換成電能，每年發(fā)電量大約為1.2萬kW.h。潮汐發(fā)電與原理：利用潮汐發(fā)電與原理：利用潮水漲、落產生的水位潮水漲、落產生的水位差所具有勢能來發(fā)電的，差所具有勢能來發(fā)電的，也就是把海水漲、落潮也就是把海水漲、落潮的能量變?yōu)闄C械能，再的能量變?yōu)闄C械能，再把機械能轉變?yōu)殡娔馨褭C械能轉變?yōu)殡娔埽òl(fā)電）的過程（發(fā)電）的過程。2009年1月7日拍攝的溫嶺江廈潮汐試驗電站發(fā)電機房 全國大中型水電站

21、分布圖全國大中型水電站分布圖長江流域大中型水電站分布圖長江流域大中型水電站分布圖2、飛輪蓄能 原理：利用旋轉物體所具有的動能存儲能量。 平均效率在85以上飛輪電池比能呈可達150Whkg，比功率達5000-10000Wkg，使用壽命長達25年，可供電動汽車行駛500萬公里 150WH飛輪電池的照片1994年，美國阿貢（ANL）國家實驗室用碳纖維試制一個儲能飛輪：直徑38厘米，質量為11千克，采用超導磁懸浮，飛輪線速度達1000米秒。它儲的能量可將10個100瓦燈泡點燃25小時。目前正在開發(fā)儲能達5000千瓦小時的儲能飛輪。一個發(fā)電功率為100萬千瓦的電廠，約需這樣的儲能輪200個。日本曾利用飛

22、輪“比功率”高的特性設計了一個引發(fā)可控熱核聚變的裝置。該裝置的飛輪直徑達6.45米，高1米，重255噸。它所儲存的能量與掛有150個車廂的列車以100千米小時的速度行駛時所具有的能量相當。故將這些能量在極短時間釋放出來足以引發(fā)核聚變。1992年美國飛輪系統(tǒng)公司（AFS）開發(fā)了汽車用機-電電池（EMB），每個質量為23千克。電池的核心是一個以20萬轉分旋轉的碳纖飛輪，每個電池儲能為1 1千瓦時千瓦時，它們將12個“電池”放在IMPACT轎車上，能使該車以以100千米小時的速度行駛千米小時的速度行駛480千米。千米。機-電電池共重273千克，若采用鉛酸電池，則共重396千克。機-電電池所儲的能量為

23、鉛酸電池的2.5倍，使用壽命是鉛酸電池的8倍，且它的“比功率”（即爆發(fā)力）極高，是鉛酸電池的25倍，是汽油發(fā)動機的10倍，它可將該車在8秒鐘內由靜止加速至100千米小時。軌道交通儲能：軌道交通儲能：應用在倫敦、紐約地鐵的磁懸浮飛輪儲能系統(tǒng)作為蓄能系統(tǒng)飛輪儲能系統(tǒng)在風力發(fā)電系統(tǒng)的應用 核聚變試驗裝置電源用飛輪儲能系統(tǒng) 飛輪儲能系統(tǒng)在小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的應用 3、電池蓄能技術電池蓄能技術是將電能轉化為化學能存儲、使用時再將化學能轉化為電能的蓄能技術。這種電池可以實現(xiàn)電能與化學能的多次反復轉化，有別于只一次性實現(xiàn)從化學能到電能轉化的一次電池(不可充電電池)，用于蓄能的電池稱為二次電池(可充電電池)

24、。由于直接轉化為化學能的電能只能是直流形式，因而交直流變換器是這種蓄能系統(tǒng)的重要組成部分。電池組合方式與系統(tǒng)的連接特點：(1) 效率高、噪音低、污染小。(2) 具有良好的效率及出力特性。(3) 暫態(tài)特性好，負荷追隨性能強。(4) 有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠供電。(5) 系統(tǒng)較為復雜。(6) 使都市設施安全管理復雜化。 種類： NaS電池 鋅-氯電池 鋅溴電池 RF(Redoxflow)4、超導蓄能技術超導蓄能(SMES：Super-Conducting Magnetic Energy Storage)是利用電流在處于超導狀態(tài)的線圈中流通，以磁場形式存儲電能的方式。 超導線圈儲能(SMES)的原理 1

25、908年，荷蘭物理學家昂納斯首次成功地把稱為“永久氣體”的氦液化，因而獲得4.2K 的低溫源，為超導發(fā)現(xiàn)準備了條件。三年后即1911年，在測試純金屬電阻率的低溫特性時，昂納斯又發(fā)現(xiàn)，汞的直流電阻在4.2K時突然消失，多次精密測量表明，汞柱兩端壓降為零，他認為這時汞進入了一種以零阻值為特征的新物態(tài)，并稱為“超導態(tài)”。昂納斯在1911年12月28日宣布了這一發(fā)現(xiàn)。但此時他還沒有看出這一現(xiàn)象的普遍意義，僅僅當成是有關水銀的特殊現(xiàn)象。5.4 能量控制型并聯(lián)補償5.4.1超導磁體儲能系統(tǒng)SMES1、SMES 概述1911年，荷蘭萊頓大學的卡茂林-昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到-268.98C(4.2K )

26、時，汞的電阻突然消失；后來他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導電性能，卡茂林-昂尼斯稱之為超導態(tài)?？钟捎谒倪@一發(fā)現(xiàn)獲得了1913年諾貝爾獎。 荷蘭物理學家昂納斯(Heike Kamerlingh Onnes) 卡末林卡末林昂尼斯昂尼斯(Kamerlingh Onnes)(Kamerlingh Onnes)低溫物理學家低溫物理學家 18531853年年9 9月月2121日生于日生于荷蘭的格羅寧根，荷蘭的格羅寧根，19261926年年2 2月月2121日卒于日卒于荷蘭的萊頓因制荷蘭的萊頓因制成液氦和發(fā)現(xiàn)超導成液氦和發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象象現(xiàn)象象1913191

27、3年獲諾年獲諾貝爾物理學獎貝爾物理學獎金屬Hg電阻隨溫度變化規(guī)律 如圖所示 橫坐標表示溫度，縱坐標表示在該溫度下汞的電阻與0時汞的電阻之比：R/R0 R0 ： T=273K的電阻超導體的分類超導體的分類 在常壓下具有超導電性的元素金屬有32種（如圖元素周期表中青色方框所示）,而在高壓下或制成薄膜狀時具有超導電性的元素金屬有14種（如圖元素周期表中綠色方框所示） 重要物理參數重要物理參數 臨界溫度臨界溫度(Tc): 超導體電阻突然變?yōu)榱愕臏囟扰R界電流臨界電流 (Ic) : 超導體無阻載流的能力是有限的，當通過超導體中的電流達到某一特定值時，又會重新出現(xiàn)電阻，使其產生這一相變的電流稱為臨界電流 臨

28、界磁場臨界磁場(Hc): 逐漸增大磁場到達一定值后，超導體會從超導態(tài)變?yōu)檎B(tài)，把破壞超導電性所需的最小磁場 三、超導體的物理特性三、超導體的物理特性 (1)零電阻現(xiàn)象零電阻現(xiàn)象(Zero Resistance) (a) TTc在超導環(huán)上加磁場 (b) TTc圓環(huán)轉變?yōu)槌瑢B(tài) (c) 突然撤去外電場，超導環(huán)中產生持續(xù)電流 (2) 邁斯納效應又叫完邁斯納效應又叫完全抗磁性，全抗磁性，1933年邁斯年邁斯納發(fā)現(xiàn)，超導體一旦進納發(fā)現(xiàn)，超導體一旦進入超導狀態(tài)，體內的磁入超導狀態(tài)，體內的磁通量將全部被排出體外，通量將全部被排出體外，磁感應強度恒為零，且磁感應強度恒為零，且不論對導體是先降溫后不論對導體是

29、先降溫后加磁場，還是先加磁場加磁場，還是先加磁場后降溫，只要進入超導后降溫，只要進入超導狀態(tài)，超導體就把全部狀態(tài)，超導體就把全部磁通量排出體外。磁通量排出體外。NNS降溫降溫加場加場S注：注：S表示超導態(tài)表示超導態(tài)N表示正常態(tài)表示正常態(tài)三、超導體的物理特性三、超導體的物理特性 在錫盤上放一條永久磁鐵，在錫盤上放一條永久磁鐵，當溫度低于錫的轉變溫度時，小當溫度低于錫的轉變溫度時，小磁鐵會離開錫盤飄然升起，升至磁鐵會離開錫盤飄然升起，升至一定距離后，便懸空不動了，這一定距離后，便懸空不動了，這是由于磁鐵的磁力線不能穿過超是由于磁鐵的磁力線不能穿過超導體，在錫盤感應出持續(xù)電流的導體，在錫盤感應出持續(xù)

30、電流的磁場，與磁鐵之間產生了排斥力，磁場，與磁鐵之間產生了排斥力，磁體越遠離錫盤，斥力越小，當磁體越遠離錫盤，斥力越小，當斥力減弱到與磁鐵的重力相平衡斥力減弱到與磁鐵的重力相平衡時，就懸浮不動了。時，就懸浮不動了。邁納斯效應的磁懸浮試驗邁納斯效應的磁懸浮試驗這種情況就象是在超導盤下方，有一塊相同的鏡象磁鐵存在一樣。根據這種原理，可以利用超導體做成無摩擦軸承、高精度的導航用超導陀螺儀以及磁懸浮列車等。 1986年4月，喬治柏諾茲 ( J. Georg Bednorz ，1950 ，瑞士 ) 和 卡爾繆勒 ( Karl A. Muller ，1927 ，德國 ) 向德國物理雜志提交了題為“ BaL

31、aCuO 系統(tǒng)中可能的高 Tc 超導電性 ” 的論文。后來，日本東京大學的幾位學者根據他們的配方復制了類似的樣品，證實鋇鑭銅氧化物具有完全抗磁性。Tc 提高到了 33K 。 柏諾茲和繆勒的發(fā)現(xiàn)使人類從基本探索和認識超導電性跨越到超導技術開發(fā)時代。 柏諾茲和繆勒因發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧系統(tǒng)中的高 Tc 超導電性，共同分享了1987年度諾貝爾物理學獎。 高溫超導 把1986年4月以后發(fā)現(xiàn)的較高溫度下的超導體稱為 高溫超導 。高溫超導材料都是陶瓷一類氧化物 ，其超導機理與低溫下的金屬或合金超導有 很大不同 。 1987年2月24日中國科學院宣布，趙忠賢領導的科研組已將釔鋇銅氧 ( YBaCuO ) 材料的 T

32、c提高到了 92.8 K以上 ，從而實現(xiàn)了轉變溫度在液氮溫區(qū)的突破。液氮的沸點為 77.3 K ，價格比液氦便宜 100 倍，冷卻效率高 63 倍，且氮又是十分安全的氣體，故大大擴展了超導的應用前景。五、超導技術的應用五、超導技術的應用 （1）在電力工程方面的應用）在電力工程方面的應用 圖1 超導導線(含2120根微米直徑之鈮鈦合金纖維) 超導輸電超導輸電在原則上可以做到沒有焦耳熱的損耗，因而可節(jié)省大量能源；用超導線圈儲存能量在軍事上有重大應用，超導線圈用于發(fā)電機和電動機可以大大提高工作效率、降低損耗，從而導致電工領域的重大變革.熱絕緣超導電纜的基本結構，從內到外依次為：管狀支撐物（一般為波紋

33、管，內通液氮）；超導導體層（超導帶材分層繞制）；熱絕緣層（真空隔熱套件）；常規(guī)電氣絕緣層（工作在常溫下）；電纜屏蔽層和護層（與常規(guī)電力電纜類似）。超導儲能裝置超導儲能裝置 超導儲能裝置是利用超導線圈將電磁能直接儲存起來，需要時再將電磁能返回電網或其它負載的一種電力設施。一般由超導線圈、低溫容器、制冷裝置、變流裝置和測控系統(tǒng)幾個部件組成。其中超導線圈是超導儲能裝置的核心部件，它可以是一個螺旋管線圈或是環(huán)形線圈 超導發(fā)電機超導發(fā)電機 在電力領域，利用超導線圈磁體可以將發(fā)電機的磁場強度提高到5萬6 萬高斯，并且?guī)缀鯖]有能量損失，這種發(fā)電機便是交流超導發(fā)電機交流超導發(fā)電機。超導發(fā)電機的單機發(fā)電容量比常

34、規(guī)發(fā)電機提高510倍，達1萬兆瓦，而體積卻減少1/2，整機重量減輕1/3，發(fā)電效率提高50 超導限流器超導限流器 超導限流器是利用超導體的超導/正常態(tài)轉變特性，有效限制電力系統(tǒng)故障短路電流，能夠快速和有效地達到限流作用的一種電力設備。超導限流器集檢測、觸發(fā)和限流于一體，反應速度快，正常運行時的損耗很低，能自動復位，克服了常規(guī)熔斷器只能使用一次的缺點 。高溫超導飛輪儲能器高溫超導飛輪儲能器 25kJ超導儲能用磁體 日本超導磁懸浮列車MAGLEV 高溫超導磁懸浮實驗車“世紀號” （2）超導技術在交通運輸方面的應）超導技術在交通運輸方面的應用用（3）超導技術在電子工程方面的應用）超導技術在電子工程方

35、面的應用 用超導技術制成各種儀器，具有靈敏度高、噪聲低、反應快、損耗小等特點，如用超導量子干涉儀可確定地熱、石油、各種礦藏的位置和儲量，并可用于地震預報 超導量子干涉儀 超導數字電路超導數字電路 超導數字電路利用約瑟夫森超導數字電路利用約瑟夫森結在零電壓態(tài)和能隙電壓態(tài)之結在零電壓態(tài)和能隙電壓態(tài)之間的快速轉換來實現(xiàn)二元信息。間的快速轉換來實現(xiàn)二元信息。應用約瑟夫森效應的器件可以應用約瑟夫森效應的器件可以制成開關元件，其開關速度可制成開關元件，其開關速度可達達10-11秒左右的數量級，比半秒左右的數量級，比半導體集成電路快導體集成電路快100倍，但功倍，但功耗卻要低耗卻要低1000倍左右，為制倍左右，為制造亞納秒電子計算機提供了一造亞納秒電子計算機提供了一個途徑個途徑2、SMES的工作原理 超導線圈可以承載大電流而無功率損耗，因而可用以存儲大量磁能。當電力系統(tǒng)發(fā)電機的發(fā)電容量大于負載用電