超導磁儲能系統(tǒng)(SMES)及其在電力系統(tǒng)中的應用

超導磁儲能系統(tǒng)(SMES)及其在電力系統(tǒng)中的運用電-1305班聶志強13121455超導磁儲能根本原理超導磁儲能在電力系統(tǒng)中的運用運用舉例概念超導電磁儲能〔SuperconductingMagneticEnergyStorage,SMES)安裝〔簡稱超導儲能安裝〕，是利用超導線圈將電能直接以電磁能的方式儲存起來，在需求時再將電能輸出給負載的儲能安裝。SMES在電力系統(tǒng)中的運用首先是由Ferrier在1969年提出的。最初的想象是將超導儲能用于調理電力系統(tǒng)的日負荷曲線。但隨著研討的深化，人們逐漸認識到調理現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)的日負荷曲線需求龐大的線圈，在技術和經濟上存在著困難。如今，SMES在電力系統(tǒng)運用中的研討重點主要著眼于利用SMES四象限的有功、無功功率快速呼應才干，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善供電質量等。超導磁儲能的提出儲能任務原理超導磁能儲存的概念最開場來自于充放電時間很短的脈沖能量儲存，大規(guī)模能量儲存開場于電器元件，其原理就是電能可以儲存在線圈的磁場中。假設線圈是由超導資料制成，即堅持在臨界溫度以下，即使發(fā)生變化，電流也不會發(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)儲存在線圈中的能量E為E=0.5LI2超導磁儲能安裝的原理表示圖1、超導線圈2、制冷劑3、低溫容器4、直流電源5、繼續(xù)電流回路信號采集電力系統(tǒng)控制器變壓器變流器磁體維護系統(tǒng)超導磁體低溫系統(tǒng)SMES安裝原理構造圖SMES普通由超導磁體、低溫系統(tǒng)、磁體維護系統(tǒng)、功率調理系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等幾個主要部分組成。如以下圖所示構造是由美國洛斯阿拉莫斯實驗室首先提出的，以后SMES安裝的研討設計普通都是以此構造作為參考原型。(1)超導磁體。儲能用超導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)維持超導磁體處于超導態(tài)所必需的低溫環(huán)境。螺管形〔3)功率調理系統(tǒng)。功率調理系統(tǒng)控制超導磁體和電網之間的能量轉換，是儲能元件與系統(tǒng)之間進展功率交換的橋梁。根據電路拓撲構造，功率調理系統(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)由信號采集、控制器兩部分構成，其主要義務是從系統(tǒng)提取信息，根據系統(tǒng)需求控制SMES的功率輸出。超導磁儲能安裝的優(yōu)點〔1〕、無損耗、儲能密度高〔2〕、儲能效率高、呼應速度快〔3〕、改善供電質量，提高電網穩(wěn)定性〔4〕、運用壽命長〔5〕、超導儲能安裝可不受地點限制，且維護簡單污染小。超導磁儲能在電力系統(tǒng)中的運用電力系統(tǒng)開展所面臨的艱苦課題隨著我國經濟的高速開展，電力需求越來越大，隨之而來的是電力系統(tǒng)的規(guī)模和復雜性的添加。為實現(xiàn)“保證電力平安〞、“節(jié)能減排〞、“節(jié)約資源〞、“提高供電質量〞、“維護環(huán)境〞等艱苦目的，“西電東送〞、“南北互供〞、“全國聯(lián)網〞、“可再生能源發(fā)電〞等戰(zhàn)略性開展方針將使我國電網成為世界上最龐大、最復雜的電網。然而，充分的、高質量的、可靠的電力供應曾經開場遭到假設干負面要素的制約，電力系統(tǒng)曾經面臨和必將面對許多艱苦技術課題?！?〕、電力平安諧波、過電壓、短時斷電、電壓驟降電壓驟升〔2〕、電能質量電網瓦解、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〔4〕、可再生能源并網發(fā)電不延續(xù)不穩(wěn)定提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

調理滑行失步調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)的電能質量降低或防止電能質量問題給電力用戶帶來的損失，國內外主要的處理方法可以分為三類：1、電力系統(tǒng)側；2、在用電設備本身；3、在系統(tǒng)和用電設備之間的界面上。SMES在系統(tǒng)和用電設備之間界面上作用：1、減小負荷動搖或發(fā)電機出力變化對電網的沖擊2、不延續(xù)電源運用實例

日本中部電力公司研制了5MJ/5MVASMES用以補償系統(tǒng)瞬時電壓跌落，處理敏感工業(yè)用戶的電能質量問題。2003年7月起，該SMES安裝已安裝在日本的一個大型LCD電視消費廠家長期現(xiàn)場運轉實驗，檢驗SMES的運轉特性及可靠性。在現(xiàn)場實驗過程中，當SMES檢測到系統(tǒng)出現(xiàn)電壓降落問題時，立刻切入系統(tǒng)對負載進展單獨供電，保證負載的供電電壓。系統(tǒng)運轉過程中，由于雷擊引起77KV輸電線路上的兩條支路產生接地缺點，使實驗基地閱歷了瞬時電壓降落。SMES在系統(tǒng)電壓降落期間對負荷進展補償供電，當系統(tǒng)電壓恢復正常后，SMES退出運轉，平滑地切換到系統(tǒng)供電，保證負荷的正常運轉。SMES系統(tǒng)接線圖由圖中可以看出，在電網電壓出現(xiàn)35%的降落時，由于SMES的補償，負載電壓維持不變。美國超導公司〔ASC〕經過制造安裝SMES處理工業(yè)電能質量問題

韓國電力科學研討院〔KERI〕研制了3MJ/750kVASMES用以改善敏感負荷的電能質量問題。我國超導磁儲能運用中國科學院電工研討所目前曾經完成了1.0MJ超導儲能系統(tǒng)的全部研制任務，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運轉前的最后測試任務，測試結果闡明，超導儲能系統(tǒng)曾經具備了并入10.5kV配電網進展載荷實驗運轉的條件。超導儲能系統(tǒng)用快速充放電高溫超導磁體，是當前世界上最大的高溫超導磁體之一用于維持超導磁體低溫環(huán)境的低漏熱低溫杜瓦，將與外部的熱交換降至最低

超導儲能系統(tǒng)用低溫制冷系統(tǒng)，可以實現(xiàn)系統(tǒng)運轉時的零液氦揮發(fā)電力電子系統(tǒng)采用新型拓樸構造以及多重化級聯(lián)模塊設計，確保系統(tǒng)高效、平安、可靠，易于維護和實現(xiàn)規(guī)模化消費超導儲能系統(tǒng)在線監(jiān)控安裝，可以實現(xiàn)系統(tǒng)運轉的完全計算機檢測、控制、缺點診斷和報警、波形錄制等功能超導儲能系統(tǒng)采用級聯(lián)式模塊化構造，是電力電子技術的一大突破和推進正在研發(fā)