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超导储能系统
超导储能系统( SMES )是利用超导线圈将电磁能直接储存起来,需要时再将电磁能返回电网或其它负载的一种电力设施,它具有反应速度快、转换效率高的优点。不仅可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡,还可以调节无功功率和有功功率,对于改善供电品质和提高电网的动态稳定性有巨大的作用。目前,小型 SMES 已经商品化,据预测,到 2010 年全世界对超导储能装置的需求将在 15 亿美元左右。
中国科学院电工研究所在国际上首次提出了超导限流-- 储能系统的原理,将超导储能与限流器有机地结合起来,开辟了小型超导储能系统新的应用途径。目前正在进行 超导储能系统的研究开发工作。
超导储能系统产品
1)、超导储能系统技术情况简介
2003年,中国科学院决定对超导储能技术予以重点支持,启动中国科学院创新方向性项目“超导储能系统的研究”(KGCX2-SW-307),该项目计划在2007年初完成实用化样机的研制,并已经在国家电网北京门头沟开关站中完成运行试验,预计随着产业化推进努力,到2009-2010年,可望进入工业化阶段,开始推广应用。
超导储能装置包括:超导储能线圈、进行能量转换的DC/DC功率电路、进行DC/AC转换的换流电路三大部分。超导线圈进行有功能量存储,而DC/DC功率电路一方面将有功能量转化为直流电压,另一方面将超导线圈与电网隔离,增加安全性能。DC/AC换流电路是超导储能系统进行电能质量调节功能的功率环节,电压及功率补偿通过换流电路实现。对于大功率超导储能系统来说,其电力电子部分一方面应该采用高压大电流开关器件,另一方面采用模块化结构来构建可升级的大功率拓扑。在考虑了几种换流拓扑后,采用级联型电路作为换流装置。目前在工业生产中,级联型拓扑具有高压大功率、工作特性较好等优点,已经在变频器等逆变装置领域作为清洁电源使用,根据目前文献来看,超导储能装置采用级联结构在国内尚属首次。
500KVA超导储能系统采用级联结构,输出端构成高压多电平电路。除超导磁体及相关的保护和切换电路,其余功率转换部分皆为模块化构造,这样除了能提高电压等级和改善补偿效果外还方便了维护和更新。系统的控制及功率系统线路布局如图1所示,实物图如图2-图9所示。
图5 SMES系统控制及功率线路布局
图7用于维持超导磁体低温环境的低漏热低温杜瓦,将与外部的热交换降至最低
图6超导储能系统用高温超导磁体,是当前世界上最大的高温超导磁体之一

图8超导储能系统用低温制冷系统,可以实现系统运行时的零液氦挥发
图9 电力电子系统采用新型拓朴结构以及多重化级联模块设计,确保系统高效、安全、可靠,易于维护和实现规模化生产

图10 超导储能系统在线监控装置,可以实现系统运行的完全计算机检测、控制、故障诊断和报警、波形录制等功能
图11 超导储能系统运行现场内部

图12 超导储能系统运行现场外部
图13 超导储能系统采用级联式模块化结构,是电力电子技术的一大突破和推进

超导储能系统(SMES)的工艺路线包括以下四个方面的内容:
快速充放电超导磁体系统,这是超导储能系统研究开发的最核心的关键技术,是能量存贮的环节。
大功率变换装置,这是超导储能系统与电网联结、切换以及控制能量补偿的环节;
在线监控系统,这是超导储能系统运