超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)(SMES)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)(SMES)及其在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用電-1305班聶志強(qiáng)13121455超導(dǎo)磁儲(chǔ)能根本原理超導(dǎo)磁儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用運(yùn)用舉例概念超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能〔SuperconductingMagneticEnergyStorage,SMES)安裝〔簡稱超導(dǎo)儲(chǔ)能安裝〕，是利用超導(dǎo)線圈將電能直接以電磁能的方式儲(chǔ)存起來，在需求時(shí)再將電能輸出給負(fù)載的儲(chǔ)能安裝。SMES在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用首先是由Ferrier在1969年提出的。最初的想象是將超導(dǎo)儲(chǔ)能用于調(diào)理電力系統(tǒng)的日負(fù)荷曲線。但隨著研討的深化，人們逐漸認(rèn)識(shí)到調(diào)理現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)的日負(fù)荷曲線需求龐大的線圈，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上存在著困難。如今，SMES在電力系統(tǒng)運(yùn)用中的研討重點(diǎn)主要著眼于利用SMES四象限的有功、無功功率快速呼應(yīng)才干，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善供電質(zhì)量等。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能的提出儲(chǔ)能任務(wù)原理超導(dǎo)磁能儲(chǔ)存的概念最開場來自于充放電時(shí)間很短的脈沖能量儲(chǔ)存，大規(guī)模能量儲(chǔ)存開場于電器元件，其原理就是電能可以儲(chǔ)存在線圈的磁場中。假設(shè)線圈是由超導(dǎo)資料制成，即堅(jiān)持在臨界溫度以下，即使發(fā)生變化，電流也不會(huì)發(fā)生衰減。線圈卸載荷，可以將電流釋放回電路中去。電流I循環(huán)儲(chǔ)存在線圈中的能量E為E=0.5LI2超導(dǎo)磁儲(chǔ)能安裝的原理表示圖1、超導(dǎo)線圈2、制冷劑3、低溫容器4、直流電源5、繼續(xù)電流回路信號(hào)采集電力系統(tǒng)控制器變壓器變流器磁體維護(hù)系統(tǒng)超導(dǎo)磁體低溫系統(tǒng)SMES安裝原理構(gòu)造圖SMES普通由超導(dǎo)磁體、低溫系統(tǒng)、磁體維護(hù)系統(tǒng)、功率調(diào)理系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等幾個(gè)主要部分組成。如以下圖所示構(gòu)造是由美國洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室首先提出的，以后SMES安裝的研討設(shè)計(jì)普通都是以此構(gòu)造作為參考原型。(1)超導(dǎo)磁體。儲(chǔ)能用超導(dǎo)磁體可分為螺管形和環(huán)形兩種。

(2)低溫系統(tǒng)。低溫系統(tǒng)維持超導(dǎo)磁體處于超導(dǎo)態(tài)所必需的低溫環(huán)境。螺管形〔3)功率調(diào)理系統(tǒng)。功率調(diào)理系統(tǒng)控制超導(dǎo)磁體和電網(wǎng)之間的能量轉(zhuǎn)換，是儲(chǔ)能元件與系統(tǒng)之間進(jìn)展功率交換的橋梁。根據(jù)電路拓?fù)錁?gòu)造，功率調(diào)理系統(tǒng)用變流器可分為電流源型(CurrentSourceConverter，CSC)和電壓源型(VoltageSourceConverter，VSC)兩種根本構(gòu)造，如圖1—2所示。SMES電流源型和電壓源型變流器(4)監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)由信號(hào)采集、控制器兩部分構(gòu)成，其主要義務(wù)是從系統(tǒng)提取信息，根據(jù)系統(tǒng)需求控制SMES的功率輸出。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能安裝的優(yōu)點(diǎn)〔1〕、無損耗、儲(chǔ)能密度高〔2〕、儲(chǔ)能效率高、呼應(yīng)速度快〔3〕、改善供電質(zhì)量，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性〔4〕、運(yùn)用壽命長〔5〕、超導(dǎo)儲(chǔ)能安裝可不受地點(diǎn)限制，且維護(hù)簡單污染小。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用電力系統(tǒng)開展所面臨的艱苦課題隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速開展，電力需求越來越大，隨之而來的是電力系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性的添加。為實(shí)現(xiàn)“保證電力平安〞、“節(jié)能減排〞、“節(jié)約資源〞、“提高供電質(zhì)量〞、“維護(hù)環(huán)境〞等艱苦目的，“西電東送〞、“南北互供〞、“全國聯(lián)網(wǎng)〞、“可再生能源發(fā)電〞等戰(zhàn)略性開展方針將使我國電網(wǎng)成為世界上最龐大、最復(fù)雜的電網(wǎng)。然而，充分的、高質(zhì)量的、可靠的電力供應(yīng)曾經(jīng)開場遭到假設(shè)干負(fù)面要素的制約，電力系統(tǒng)曾經(jīng)面臨和必將面對(duì)許多艱苦技術(shù)課題?！?〕、電力平安諧波、過電壓、短時(shí)斷電、電壓驟降電壓驟升〔2〕、電能質(zhì)量電網(wǎng)瓦解、大面積停電事故〔3〕、短路電流程度斷路器無法有效切除短路缺點(diǎn)〔4〕、可再生能源并網(wǎng)發(fā)電不延續(xù)不穩(wěn)定提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

調(diào)理滑行失步調(diào)理震蕩失步縮短暫態(tài)過渡過程提供電壓支撐防止電壓解體改善電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量降低或防止電能質(zhì)量問題給電力用戶帶來的損失，國內(nèi)外主要的處理方法可以分為三類：1、電力系統(tǒng)側(cè)；2、在用電設(shè)備本身；3、在系統(tǒng)和用電設(shè)備之間的界面上。SMES在系統(tǒng)和用電設(shè)備之間界面上作用：1、減小負(fù)荷動(dòng)搖或發(fā)電機(jī)出力變化對(duì)電網(wǎng)的沖擊2、不延續(xù)電源運(yùn)用實(shí)例

日本中部電力公司研制了5MJ/5MVASMES用以補(bǔ)償系統(tǒng)瞬時(shí)電壓跌落，處理敏感工業(yè)用戶的電能質(zhì)量問題。2003年7月起，該SMES安裝已安裝在日本的一個(gè)大型LCD電視消費(fèi)廠家長期現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)SMES的運(yùn)轉(zhuǎn)特性及可靠性。在現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)SMES檢測到系統(tǒng)出現(xiàn)電壓降落問題時(shí)，立刻切入系統(tǒng)對(duì)負(fù)載進(jìn)展單獨(dú)供電，保證負(fù)載的供電電壓。系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于雷擊引起77KV輸電線路上的兩條支路產(chǎn)生接地缺點(diǎn)，使實(shí)驗(yàn)基地閱歷了瞬時(shí)電壓降落。SMES在系統(tǒng)電壓降落期間對(duì)負(fù)荷進(jìn)展補(bǔ)償供電，當(dāng)系統(tǒng)電壓恢復(fù)正常后，SMES退出運(yùn)轉(zhuǎn)，平滑地切換到系統(tǒng)供電，保證負(fù)荷的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。SMES系統(tǒng)接線圖由圖中可以看出，在電網(wǎng)電壓出現(xiàn)35%的降落時(shí)，由于SMES的補(bǔ)償，負(fù)載電壓維持不變。美國超導(dǎo)公司〔ASC〕經(jīng)過制造安裝SMES處理工業(yè)電能質(zhì)量問題

韓國電力科學(xué)研討院〔KERI〕研制了3MJ/750kVASMES用以改善敏感負(fù)荷的電能質(zhì)量問題。我國超導(dǎo)磁儲(chǔ)能運(yùn)用中國科學(xué)院電工研討所目前曾經(jīng)完成了1.0MJ超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的全部研制任務(wù)，完成了在北京市門頭溝供電公司石龍開閉所所開展的并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)前的最后測試任務(wù)，測試結(jié)果闡明，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)曾經(jīng)具備了并入10.5kV配電網(wǎng)進(jìn)展載荷實(shí)驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)的條件。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)用快速充放電高溫超導(dǎo)磁體，是當(dāng)前世界上最大的高溫超導(dǎo)磁體之一用于維持超導(dǎo)磁體低溫環(huán)境的低漏熱低溫杜瓦，將與外部的熱交換降至最低

超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)用低溫制冷系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的零液氦揮發(fā)電力電子系統(tǒng)采用新型拓樸構(gòu)造以及多重化級(jí)聯(lián)模塊設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)高效、平安、可靠，易于維護(hù)和實(shí)現(xiàn)規(guī)?；M(fèi)超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)在線監(jiān)控安裝，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的完全計(jì)算機(jī)檢測、控制、缺點(diǎn)診斷和報(bào)警、波形錄制等功能超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)采用級(jí)聯(lián)式模塊化構(gòu)造，是電力電子技術(shù)的一大突破和推進(jìn)正在研發(fā)