超导磁储能系统(SMES)及其在电力系统中的应用
储能技术及其在现代电力系统中的应用
储能技术及其在现代电力系统中的应用内容摘要从电力系统安全高效运行的角度论述了电能存储技术的重要性，介绍了目前常用的几种储能技术的发展现状，指出了该领域当前的热点研究问题。
现代电力系统中的新问题安全、优质、经济是对电力系统的基本要求。
近年来，随着全球经济发展对电力需求的增长和电力企业市场化改革的推行，电力系统的运行和需求正在发生巨大的变化，一些新的矛盾日显突出，主要的问题有：①系统装机容量难以满足峰值负荷的需求。
②现有电网在输电能力方面落后于用户的需求。
③复杂大电网受到扰动后的安全稳定性问题日益突出。
④用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高。
⑤电力企业市场化促使用户则需要能量管理技术的支持。
⑥必须考虑环境保护和政府政策因素对电力系统发展的影响。
2000年到2001年初，美国加州供电系统由于用电需求的增长超过电网的供电能力，出现了电力价格大范围波动以及多次停电事故；我国自2002年以来，已连续四年出现多个省市拉闸限电的状况；在世界上的其他国家和地区，也不同程度地出现了电力供应短缺的现象。
系统供电能力，尤其是在输电能力和调峰发电方面的发展已经落后于用电需求的增长，估计这种状况还会在一段时间内长期存在，对电力系统的安全运行将带来潜在的威胁。
加强电网建设（新建输电线路和常规发电厂），努力提高电网输送功率的能力，可以保证在满足系统安全稳定运行的前提下向用户可靠地输送电能。
但是，由于经济、环境、技术以及政策等方面因素的制约，电网发展难以快速跟上用户负荷需求增长的步伐，同时电网在其规模化发展过程中不可避免地会在一段时间甚至长期存在结构上的不合理问题；另一方面，随着电力企业的重组，为了获取最大利益，企业通常首先选择的是尽可能提高设备利用率，而不是投资建设新的输电线路和发电厂。
因此，单靠上述常规手段难以在短时间内有效地扭转电力供需不平衡的状况。
长期以来，世界各国电力系统一直遵循着一种大电网、大机组的发展方向，按照集中输配电模式运行。
超导磁力储能工作原理
超导磁力储能工作原理超导磁力储能（Superconducting Magnetic Energy Storage，SMES）是一种高效、可靠的电力储能技术，被广泛应用于电力系统的稳定性调节、电压控制、电能品质提升等方面。
它基于超导材料的特性，利用超导体在零电阻状态下可以存储巨大的电磁能量，从而实现电力的高效储存。
本文将详细介绍超导磁力储能的工作原理及其应用。
一、超导磁力储能的基本原理超导磁力储能系统主要由超导线圈、冷却系统和功率控制系统组成。
其中，超导线圈是实现电磁能量储存的核心部件，冷却系统用于保持超导状态，而功率控制系统则用于实现能量的输入和输出控制。
1. 超导线圈：超导线圈通常采用超导材料制成，它的内部通过冷却系统维持在超导态。
超导材料具有零电阻和完全排斥磁场的特性，在零电阻状态下产生的电流可以无损地在超导线圈中流动，从而实现能量的存储。
2. 冷却系统：在超导磁力储能系统中，保持超导线圈在超导态需要低温环境的支持。
通常采用液氦冷却系统，将超导线圈冷却至临界温度以下，使其进入超导态。
通过冷却系统的维持，超导线圈的零电阻特性才能得到保证。
3. 功率控制系统：功率控制系统用于控制超导磁力储能的输入和输出。
当电网稳定时，超导线圈会接收电网输送的电能，将电能转化为磁能储存在超导线圈中。
而在电网需要补偿或发生故障时，超导线圈可以快速释放储存的磁能，将其转化为电能输出到电网中。
二、超导磁力储能的工作过程超导磁力储能的工作过程可以分为充放电两个阶段，即储能阶段和释能阶段。
1. 储能阶段：当电网供电稳定时，超导线圈会接收电网输送的电能，并将电能转化为磁能储存在超导线圈中。
在这个阶段，超导线圈处于超导态，电流可以无损地在超导线圈中循环。
2. 释能阶段：当电网发生故障或需要补偿时，超导磁力储能系统会迅速将储存的磁能转化为电能输出到电网中。
在这个阶段，超导线圈会失去超导态，电流开始在超导线圈中产生阻力，电能会迅速被释放。
超导体在能源中的应用
超导体在能源中的应用引言超导体是一种特殊的材料，在低温下电阻消失，电流可以无损耗地流过。
这种独特的性质使得超导体在能源领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍超导体在能源领域的应用，包括电力传输、磁悬浮交通、储能系统和核聚变等领域。
电力传输超导体在电力传输方面的应用主要体现在超导电缆和超导变压器上。
超导电缆具有低损耗、高电流密度和高功率密度等优点，可以大大提高电力系统的输电能力和效率。
此外，超导变压器具有体积小、重量轻、效率高等优点，可以有效降低电力系统的能耗。
磁悬浮交通超导体在磁悬浮交通方面的应用主要体现在磁悬浮列车上。
磁悬浮列车利用超导体产生的强磁场实现列车与轨道之间的悬浮，从而消除了摩擦阻力，提高了运行速度和能效。
目前，世界上已经有几个城市开始运营磁悬浮列车，如上海磁悬浮列车等。
储能系统超导体在储能系统方面的应用主要体现在超导磁储能（SMES）技术上。
SMES是一种利用超导线圈储存电能的技术，具有响应速度快、充放电效率高、寿命长等优点。
SMES可以作为电网的调峰和备用电源，提高电力系统的稳定性和经济性。
核聚变超导体在核聚变方面的应用主要体现在托卡马克装置上。
托卡马克装置是一种利用强磁场约束高温等离子体的核聚变实验装置，其核心部件是超导磁体。
超导磁体具有磁场强度高、稳定性好、能耗低等优点，可以有效提高核聚变实验的效率和安全性。
结论超导体在能源领域的应用具有广泛的前景，可以提高能源系统的能效、稳定性和经济性。
然而，超导体的应用还面临一些挑战，如低温环境的要求、成本问题等。
随着科技的进步，相信超导体在能源领域的应用将会取得更大的突破。
储能技术介绍及其在电力系统的应用
储能技术介绍及其在电力系统的应用摘要：储能技术是充分利用可再生能源、提高电力系统稳定性的有效手段。
据统计，2020 年3月全球已投运储能项目（含物理储能、电化学储能以及熔融盐储热）累计装机规模达184.7 GW，同比增长1.9%，中国的累计装机规模达到32.5GW，同比增长3.8%。
储能技术按照能量储存方式可主要划分为物理储能、化学储能和其他储能，各有不同的适合应用领域。
近年来新能源行业发展迅猛，特高压电网建设加快，清洁能源的建设规模越来越大，但新能源发电的间断性会对电力系统运行稳定性造成冲击，所以在新能源发电快速发展的同时，储能市场将会迎来快速增长。
本文主要介绍了目前储能技术的现状及其发展趋势，以及在电力系统发、输、配、用等方面的应用情况，可为储能技术研究和工程实践提供一定的参考。
关键词：储能技术；可再生能源；电力系统.0引言随着智能电网和新能源发电时代的到来，因新能源发电需要储能技术的配合来减少对电力系统运行稳定性的冲击，储能技术的影响日益增大，电力系统的发、输、配、用各个环节均有储能技术的应用[1]。
电力储能具有配置方式灵活、环境适应性强且建设周期短、快速响应和双向调节等特点。
我国能源革命将在2050年取得阶段性成果，能源清洁化率和终端电气化率将达到50%，储能市场空间巨大。
近3年来，在政策支持、储能技术进步、需求增长等因素共同作用下，我国电力储能技术应用快速发展并且具备了一定规模。
在电源侧，由于国家政策的补充完善，以及储能市场的快速发展，全国多家知名发电企业已率先开展电力储能技术具体应用研究。
在电网侧，为应对新能源大发展和特高压电网建设，加快智能电网建设进度，发挥储能技术调峰调频、系统备用、黑启动、改善电能质量等作用。
在用户侧，主要通过峰谷价差下的“谷充峰放”模式，改善电力负荷结构，发挥储能技术削峰填谷、需量管理、需求响应以及虚拟电厂等作用。
随着储能技术日趋成熟，储能产业化会逐步增大，储能技术在各个领域的应用将更加清晰，但一些缺点也在实际工程中暴露出来，如储能项目建设、消防安全等缺少相关标准执行，储能电池选型、电站规划配置、系统集成的理论不完善，缺乏相关工程参考，储能系统调控和运行维护缺少经验，储能电池SOC 标定误差较大，系统调控还未达到最优解等。
超导物理和超导材料的研究和应用
超导物理和超导材料的研究和应用1. 超导物理1.1 超导现象超导现象是指在低温条件下，某些材料的电阻突然下降到零的现象。
这个现象最早由荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯在1911年发现。
他在实验中发现，汞的电阻在温度降至4.2K（-268.95℃）时突然下降到零。
随后，其他物理学家也发现了许多其他材料也具有这种特性。
1.2 超导机制超导现象的机制至今尚未完全解释清楚，但目前主要有两种理论：BCS理论和库珀对理论。
1.BCS理论：1956年，美国物理学家约翰·巴丁、列昂·库珀和罗伯特·施里弗提出了BCS理论，该理论认为，超导现象是由于金属中的电子与lattice（晶格）振动相互作用的结果。
在低温下，电子与晶格振动形成了一种叫做库珀对的电子配对，这些库珀对可以在没有电阻的情况下通过材料。
2.库珀对理论：1962年，美国物理学家约翰·库珀提出了库珀对理论，该理论从微观角度解释了超导现象。
库珀认为，在低温下，金属中的电子会与晶体中的空穴形成稳定的配对，即库珀对。
这些库珀对在超导材料中可以无阻力地移动，从而实现了超导现象。
1.3 超导临界温度超导临界温度是指材料从正常态转变为超导态的温度。
不同材料的超导临界温度不同，有的材料的超导临界温度很高，有的则很低。
目前发现的最高温超导材料临界温度为135K（-208.15℃），由我国科学家发现。
2. 超导材料2.1 传统超导材料传统超导材料主要是指铜、铅、铝等金属及其合金。
这些材料具有较高的临界磁场和临界电流密度，但在室温下的超导性能较差。
2.2 高温超导材料高温超导材料是指在液氮温度（77K）以上仍具有超导性能的材料。
高温超导材料的发现极大地推动了超导技术的发展，使得超导应用领域更加广泛。
目前研究较多的高温超导材料主要有氧化物超导体系、铁基超导体系和铜基超导体系。
2.3 超导材料的制备方法超导材料的制备方法主要有以下几种：1.熔融法：将超导材料的前驱体熔融，然后冷却固化，得到超导材料。
超导材料及其在电力系统中的应用
超导材料及其在电力系统中的应用随着社会的快速发展，越来越多的电力系统被建立起来，以满足人们对电的需求。
然而，电力系统的建设和运行也面临着新的挑战，其中之一就是电力传输的损耗和能源浪费。
为了解决这一问题，越来越多的人开始关注超导材料及其在电力系统中的应用。
超导材料是一种特殊的材料，其电阻率为零，电导率很高，电能损耗非常低。
这使得超导材料成为最优秀的电导体之一。
目前，常见的超导材料有铜氧化物（YBCO）、镁二硼（MgB2）等。
它们在低温下表现出超导特性，能够将电能传输得更加高效和稳定，提高了电网的传输能力和效率。
超导材料在电力系统中的应用涉及到多个领域，包括输电线路、变压器、储能设备等，下面我们详细了解一下它们在这些领域的应用。
一、输电线路输电线路是电力系统中最核心的一环。
传统的输电线路采用铜、铝等金属导体，但由于电阻损耗导致能源损失严重。
为了将能源损耗降至最低，超导技术被引入到了输电线路中。
超导输电线路由超导带材和强电机构组成，能够传输高电流和高电压的电能，同时又不产生电阻损耗。
这种输电方式具有很高的效率、稳定性和可靠性，并且节约了大量能源，降低了二氧化碳的排放量。
二、变压器变压器是电力系统中的另一大核心设备，它扮演着调节电网电压、提高电网稳定性的重要角色。
传统变压器采用铁芯和线圈的组合结构，存在着很大的电阻损耗和体积、重量的问题。
超导变压器采用超导带材和强电磁机构代替传统的铁芯和线圈，减少了电阻损耗，同时还降低了体积和重量。
由于其高效、节能、环保的特点，超导变压器被广泛应用于电力系统中，特别是在高端市场中。
三、储能设备储能设备是现代电力系统中的重要组成部分，能够在电力高峰期间存储电能，以便在低谷期间释放出来供给系统使用。
传统的储能设备采用电池、超级电容、储水池等方法，但其储能效率很低。
超导储能设备能够利用超导带材的高电导率和超导特性，将电能存储在超导带材内部，从而实现高效的储能和释放。
与传统储能设备相比，超导储能设备具有储存密度高、储能效率高、寿命长等重要优势，被广泛应用于电力系统中。
超导储能应用于电力方面的研究
超导储能应用于电力方面的研究随着社会经济的快速发展，现代化科技水平日益提高，储能技术也得到了飞速发展，可以有效解决电力系统传统储能技术中存在的问题。
在电网系统运行中，大规模的间歇性能源并网的设施。
这也为其系统运行带来了严峻的挑战，而超导储能则是应对该挑战的一种重要技术。
因此，在未来电力系统运行中，超导储能技术势在必行。
标签：超导储能；电力系统；应用引言随着改革开放的不断深入，人民生活质量日益提高，对电能质量与系统运行安全提出了新的要求。
作为FACTS重要家族成员的SMES超导储能技术，能够为高压输电系统提供积极响应的容量，增强高压输电系统运行的稳定性，加大了其功率输送的极限、对频率及电压的波动有一定的抑制作用，电能质量从根本上得到了改善。
在电网系统运行中，为了充分发挥超导储能装置对电能质量的改善作用，提高其系统运行的稳定性，具有非常重要的现实意义。
1 内涵概述及其原理1.1 内涵SMES即超导储能系统，是通过电阻为零的超导磁体做成相应的超导线圈，构成大电感，引入电流后，在此线圈四周就会形成磁场，此种情况下电能就会以磁能的形式储藏起来。
根据线圈材质可以将超导储能分为低温及高温两种超导储能。
众所周知，超导储能具有相应迅速、转换率高、便于控制、体积小及重量轻等特点，在电力系统运行中，其可进行实时大容量能量交换与功率补给。
供电质量得到有效改善，电力系统的电能传输容量、稳定性及电荷平衡性得到提高，因此其在可再生能源发电、负载调节等电力系统领域具有广阔的发展前景。
1.2 原理由于超导体在低温状态下实现超导状态，此种状态下电阻为零，可以得到如图1所示超导储能原理图。
如图1所示开关2保持断开，开关1被打开并为超导线圈充电，断开开关1，闭合开关2，此时超导线圈就会处于短路状态。
在此闭合回路内超导线圈电流不会缩减而是以永久电流模式存在，此时超导线圈中永久电流会以磁场形式存在，可通过E=L·I2/2来表示其大小。
超导磁储能系统（SMES）及其在电力系统中的应用
超导磁储能系统（SMES）及其在电⼒系统中的应⽤⾼温超导磁储能系统及在电⼒系统中的应⽤⼀、超导磁储能基本原理1、什么是超导磁储能系统？超导储能系统（Superconducting Magnetic Energy Storage, 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，⼀般由超导线圈、低温容器、制冷装臵、变流装臵和测控系统部件组成。
超导储能系统可⽤于调节电⼒系统峰⾕（例如在电⽹运⾏处于其低⾕时把多余的电能储存起来，⽽在电⽹运⾏处于⾼峰时，将储存的电能送回电⽹），也可⽤于降低甚⾄消除电⽹的低频功率振荡从⽽改善电⽹的电压和频率特性，同时还可⽤于⽆功和功率因素的调节以改善电⼒系统的稳定性。
超导储能系统具有⼀系列其它储能技术⽆法⽐拟的优越性：（1）超导储能系统可长期⽆损耗地储存能量，其转换效率超过90%；（2）超导储能系统可通过采⽤电⼒电⼦器件的变流技术实现与电⽹的连接，响应速度快（毫秒级）；（3）由于其储能量与功率调制系统的容量可独⽴地在⼤范围内选取，因此可将超导储能系统建成所需的⼤功率和⼤能量系统；（4）超导储能系统除了真空和制冷系统外没有转动部分，使⽤寿命长；（5）超导储能系统在建造时不受地点限制，维护简单、污染⼩。
⽬前，超导储能系统的研究开发已经成为国际上在超导电⼒技术研究开发⽅⾯的⼀个竞相研究的热点，⼀些主要发达国家（例如美国、⽇本、德国等）在超导储能系统的研究开发⽅⾯投⼊了⼤量的⼈⼒和物⼒，推动着超导储能系统的实⽤化进程和产业化步伐。
2、储能⼯作原理SMES在电⼒系统中的应⽤⾸先是由Ferrier在1969年提出的。
最初的设想是将超导储能⽤于调节电⼒系统的⽇负荷曲线。
但随着研究的深⼊，⼈们逐渐认识到调节现代⼤型电⼒系统的⽇负荷曲线需要庞⼤的线圈，在技术和经济上存在着困难。
现在，SMES在电⼒系统应⽤中的研究重点主要着眼于利⽤SMES四象限的有功、⽆功功率快速响应能⼒，提⾼电⼒系统稳定性、改善供电品质等。
超导材料在电力行业中的应用
超导材料在电力行业中的应用随着“能源危机”日益严峻，节约能源、提高能源利用率成为全世界的共同关注，因此开发新型的“超导材料”正成为当前研发的热点。
超导材料具有电阻率极低且输电能力强的特性，使其在电力行业中具有广泛的应用前景。
本文将从输电、发电等两个方面介绍超导材料在电力行业中的应用。
一、超导材料在输电方面的应用1、超导电缆当前，一般高压输电线的最高额定电压为1000千伏，因传输能力和电缆位置等原因，实际输电电压也不能超过800千伏。
然而，超导电缆与传统电缆相比，其输送输电量和输电距离更远，且减少了电能损失，可以有效降低输电成本。
超导电缆的具体应用可以安装于城市中的高楼大厦内部，连接铁路交通所有线路、地铁、公交系统及电动汽车等各种形式的交通系统，降低了城市内的繁忙交通带来的污染和危险。
2、超导变压器超导变压器作为能够有效降低电能损耗和噪音的新型设备，其具有以下优点：一是由于其主要由高温超导材料和低温磁性铁氧体等材料组成，不需要进行电流变压器。
二是超导变压器在传输过程中不产生磁场，不会对周围环境和人体造成危害。
三是超导变压器在工作时能够降低电压损耗和电流损失，提高了供电系统的稳定性和可靠性，同时也减少了能源的消耗。
二、超导材料在发电方面的应用1、超导磁共振超导磁共振（MRI）技术是一种无损成像技术，其广泛应用于医学、材料科学及生命科学等领域，其主要原理就是利用超导材料在低温下的零电阻和超导性质而制成的增强型系统，将低能量的交流电场传输到人体内部（患者）并形成高清晰度的断层图像。
MRI技术可以检测人体内部的病变情况，帮助医生进行精确的诊断和治疗，具有非常重要的医疗应用价值。
2、耗散型超导磁能储存器另一方面，耗散型超导磁能储存器（SMES）也被应用于电力系统中。
SMES可以作为储能设备，平衡稳定电力系统，降低系统峰值功率，提高电力质量。
SMES是通过以超导带材为基础的耗散电路箱和控制器等装置，将能量储存设备连接至稳定的目标芯片和控制器。
超导磁储能系统的发展与展望
超导磁储能系统的发展与展望作者：苏放来源：《中国科技博览》2015年第27期[摘要]超导磁储能装置（SMES）是将超导磁体的无损高效储能特性与电力电子的快速电能转换技术相结合的一种新型功率调节和能量转换装置，也是目前实用化程度最高的一种超导电力装置。
本文阐述了SMES的特点、基本结构以及在电力系统的具体应用，综述了国内外相关研究成果与发展现状，并讨论了其未来的前景与发展趋势。
[关键词]超导磁储能系统电力系统高温超导中图分类号：TM917 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0150-030 引言自德国物理学家昂尼斯（K.Onnes）1911年研究汞在低温下的电阻随温度变化发现了超导现象之后，科学界的目光开始投向了这样一个新生的科学分支，人们希望能将其应用于实际当中。
随着一个世纪超导技术的不断发展，超导应用也越来越受到各国的重视。
尤其在80年代以铋系（Bi2Sr2CaCu2O8）和钇系（YBa2Cu3O7、YBa2Cu4O8）等为代表的高温超导材料的研究取得了突破性进展后[1]，超导在电力系统的应用也倍受看好。
目前人们正在研究的超导电力装置包括储能装置，电机，电线，限流器等。
其中超导储能装置是一种能把电能存储在由循环电流产生的磁场中的设备。
它利用超导磁体的低损耗和快速响应来储存能量的能力，通过现代电力电子型变流器与电力系统接口，组成既能储存电能（整流方式）又能释放电能（逆变方式）的快速响应器件，从而达到大容量储存电能改善供电质量提高系统容量和稳定性等诸多目的[2，3]。
下文将详细介绍SMES的特点结构及在电力系统的应用，总结国内外相关研究成果与发展现状，讨论其未来的前景与发展趋势。
1 SMES概述超导磁储能是利用超导体的零电阻特性以磁的形式存储能量，相比其他储能方式其有许多优势，如表所示，因此以超导线圈构建的超导磁储能系统在电力系统中具有广泛的应用前景[4]。
（表1）1.1SMES的特点具体的说超导磁储能系统主要具有以下特点[5，6]：（1）响应迅速、控制方便。
超导储能系统概述及应用浅谈
超导储能系统概述及应用浅谈作者：舒峰仇前生涂鑫国牛俊琪汪诗经王海波来源：《科学与财富》2019年第04期摘要：当今电网特高压和远距离输电技术飞速进步、可再生能源容量不断升高，全国大电网格局逐步形成，电力系统动态稳定问题日渐突出。
超导储能装置（SMES）具有蓄能量高、转换效率好、响应速度快、应用灵活等优点，可以高速高效调节系统与超导磁体之间的功率交换，将在改善用电质量，提高系统运行的可靠性以及稳定性等方面起到重要的推动作用。
关键词：超导储能系统;电力系统;稳定水平伴随着我国现代社会的高速发展，大家对于电能的需要日渐增长，发电系统的建设规模和储存容量也越来越大，不同地区电网之间联系越来越紧密。
为了提高电力系统的稳定性、可靠性和安全性以及改善电能质量，基于现代电力电子技术与现代控制技术，对交流输电系统的阻抗、电压、相位实现灵活快速调节的柔性交流输电技术（FACTS ）得到发展迅速。
超导储能技术属于新一代的FACTS，与其它形式FACTS不同的是它能够通过SMES变流器高效地将电能直接存储在超导磁体中，实时提供有功和无功补偿，使得系统功率调节范围扩大。
1.超导储能装置探讨目前常用的储能装置包括超导储能装置（SMES）、电池储能装置（BES）、超级电容（SCES）、飞轮储能（FES）、压缩空气储能（CAES ）等。
其中，超导储能装置（SMES）将能量以电磁能的形式直接储存在超导线圈中，在需要时再将电磁能返回给负载或电网的一种快速、高效的储能装置。
超导储能与其他储能装置相比，有以下优点：①储能密度高，无损耗，超导线圈运行在超导态下没有直流焦耳损耗，可传导平均电流密度比常规线圈高1-2个数量级，可达到很高的能量密度（约为108J/m3），且长时间无损耗的储存能量;②转换效率高（≥96%），通过变流器控制实现与电网的能量交换，响应速度快（ms级）;③能量功率大，控制方便，使用灵活，超导线圈的出能量与变流器的容量，可独立地在大范围内选取，控制超导磁体与系统进行有功、无功功率的交换。
超导磁储能系统_SMES_在高压输电中的应用
④自适应控制 用于解决互连系统间相互干扰 及参数的不确定性问题。SM ES 用反馈线性化方法 结合自适应控制规律, 在系统故障时可自适应地调 节系统参数, 将其接于单机无穷大系统发电机侧的 仿真结果表明, 它能有效地增强系统稳定性。
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2000 年 10 月 高 电 压 技 术 第 26 卷第 5 期 ·55·
美国研制的首台 SM ES 用于阻尼 500 kV 输电 线路上的低频振荡稳定性系统效果良好[1]。 SM ES 与柔性交流输电技术 (FA CT S) 相结合, 是参与电力 系统运行和控制的有功功率源, 可消除高压输电网 中的低频振荡, 还能阻尼高压直流输电中出现的次 同步谐振, 有效改善电网的稳定性和可靠性。我国即 将形成以三峡电站为中心、华中电网为枢纽的高压 长距离“西电东送”和全国统一大电网, 在这种形势 下, 促进 SM ES 的应用研究是有积极意义的。
⑤模糊逻辑控制 属智能控制范畴, 对复杂的 非线性、时变、不确定性系统, 采用开闭环控制和定 性与定量控制相结合的多模态控制方式可很好地解 决非线性和不精确性问题, 有望成为综合解决复杂 电力系统控制面临的诸多问题的有效方法。
图 2 电流源型 SM ES 电路
换装置研究较成熟, 成本也较低, 应用前景较好, 故 SM ES 系统多采用电压源型。 电网交流电源在变流 器的控制过程中通过二极管向直流侧供电 (整流工
作)。 而再生反馈时, 变流器直流侧的能量在控制过
超导技术在电力系统中的应用
超导技术在电力系统中的应用近年来，随着科学技术的不断进步，超导技术在电力系统中的应用也日益成为研究的热点。
超导技术是一种能在低温下实现零电阻的物理现象，具有极高的电导率和电流密度能力。
在电力系统中，超导技术的应用可以大大提高电力传输效率、减少能源损耗和碳排放，为电力行业带来诸多的益处。
首先，超导技术在输电线路方面的应用具有巨大的潜力。
传统的金属电缆在电力传输过程中会产生一定的电阻，这会导致能源的损耗和电力的浪费。
而超导材料具有零电阻特性，可以在无电阻的条件下传输电能，大大提高了电力传输的效率。
此外，超导材料的导电能力非常强大，可以承载比传统金属电缆更大的电流密度。
因此，利用超导技术可以建造更高容量、更高效率的输电线路，为电力系统的稳定运行提供了有力的支持。
另一方面，超导技术在电力设备中的应用也具有重要意义。
例如，超导材料可以用于制造高效率的变压器和感应电动机。
传统的变压器和电动机在工作时会因为电流的通过而产生一定的热量，造成能源的浪费。
而超导材料的零电阻特性能够消除这种热量损耗，从而提高电力设备的效率。
此外，超导材料还可以制造出更小体积、更轻便的电力设备，减少了对资源和空间的占用。
因此，超导技术在电力设备领域的应用不仅提高了设备的性能，还有助于节约能源和减少环境污染。
此外，超导技术在电力系统的节能和环保方面也具有显著的优势。
通过利用超导材料的零电阻特性，可以减少电力传输过程中的能量损失，从而提高能源利用效率。
同时，超导技术也有助于减少电力系统的碳排放。
根据统计数据，使用超导技术可以使电力系统的能源利用效率提高20%以上，进而将二氧化碳排放量减少到原来的80%左右。
这对于解决全球能源危机和应对气候变化问题具有重要意义。
然而，超导技术在电力系统中的应用还面临一些挑战和难题。
首先，超导材料的制备和制造成本较高，限制了其大规模应用的发展。
其次，超导技术对温度和磁场的要求较为苛刻，需要采取一定的措施来保持超导状态的稳定性。
超导磁储能系统(SMES)及其在电力系统中的应用
储能工作原理
超导磁能储存的概念最开始来自于充放电时间很短的脉冲 能量储存，大规模能量储存开始于电器元件，其原理就是电 能可以储存在线圈的磁场中。如果线圈是由超导材料制成， 即保持在临界温度以下，即使发生变化，电流也不会发生衰 减。线圈卸载荷，可以将电流释放回电路中去。
电流I循环储存在线圈中的能量E为
信号采集
电力系统 控制器
磁体保护系统
变压器 变流器
低温系统
超导磁体
(1)超导磁体。 储能用超导磁体可分为螺管形和环形两种。
(2)低温系统。
螺管形
低温系统维持超导磁体处于超导态所必须的低温环
境。
（3)功率调节系统。 功率调节系统控制超导磁体和电网之间的能量转
换，是储能元件与系统之间进行功率交换的桥梁。根 据电路拓扑结构，功率调节系统用变流器可分为电流 源型(Current Source Converter，CSC)和电压源型 (Voltage Source Converter，VSC)两种基本结构， 如图1—2所示。
E=0.5LI²
超导磁储能装置的原理示意图
1、超导线圈 2、制冷剂 3、低温容器 4、直流电源 5、持续电流回路
SMES装置原理结构图
SMES一般由超导磁体、低温系统、磁体保护系统、 功率调节系统和监控系统等几个主要部分组成。如下 图所示结构是由美国洛斯阿拉莫斯实验室首先提出的， 以后SMES装置的研究设计一般都是以此结构作为参考 原型。
（1）、电力安全 电网瓦解、大面积停电事故
（2）、电能质量 谐波、过电压、短时断电、电压骤降电压骤升
（3）、短路电流水平 断路器无法有效切除短路故障
（4）、可再生能源并网发电 不连续不稳定
提高电力系统的稳定性
超导储能系统的工作原理和在电力系统中的应用
超导储能系统的工作原理和在电力系统中的应用一、超导储能系统工作原理其工作原理是：正常运行时，电网电流通过整流向超导电感充电，然后保持恒流运行(由于采用超导线圈储能，所储存的能量几乎可以无损耗地永久储存下去，直到需要释放时为止)。
当电网发生瞬态电压跌落或骤升、瞬态有功不平衡时，可从超导电感提取能量，经逆变器转换为交流，并向电网输出可灵活调节的有功或无功，从而保障电网的瞬态电压稳定和有功平衡。
二、超导储能系统的应用1、可用来消除电力系统中的低频振荡，用于稳定系统的频率和电压。
2、可用于无功功率控制和功率因数的调节，以提高输电系统的稳定性和功率传输能力3、由于它可迅速向电网加入或吸收有功功率，具有超导储能装置的系统可看成是灵活交流输电系统4、如果不仅将它看成是一个储能装置，而且将它看成是系统运行和控制时的有功功率源，它将显得更有用和有效，因此可以用作超导能量管理系统5、在agc系统中具有自动发电控制作用，而且局部控制错误可减到最小。
6、可用于配电系统或大的负载边以减少波动和平衡尖峰负载、控制初次功率和提高瞬态稳定性，并可得到很好的效益。
7、可用于海岛供电系统，因为海岛与大陆联网的造价高，一般采用燃气轮机独立发电并成网，超导储能装置可用来进行负载调节等。
8、可用来补偿大型电动机起动、焊机、电弧炉、大锤、扎机等波动负载从而减少电网灯光闪烁现象。
9、还可用作太阳能和风力田的储能。
风力发电将产生脉动的功率输出并将为配电网带来很多问题，而超导储能装置可使风力发电系统的输出平滑而满足配电电网的要求，并为系统提供备用功率和控制频率。
10、可作为其它分布式电源系统的储能装置。
11、可用作为重要负载提供高质量电力的不间断电源，并在负荷侧发生短路时限制短路电流。
超导技术在电力设备与能源系统中的应用示范
超导技术在电力设备与能源系统中的应用示范引言随着能源需求的不断增长和环境问题的日益严重，对于高效、可持续的能源系统的需求也越来越迫切。
而超导技术作为一项具有巨大潜力的新兴技术，正逐渐受到广泛关注。
本文将探讨超导技术在电力设备与能源系统中的应用示范，从而展示其在能源领域中的重要作用。
一、超导技术的基本原理超导技术是指在低温下，某些材料的电阻突然降为零的现象。
这种现象是由于超导材料中的电子在低温下能够以配对的方式移动，形成了一种名为“库珀对”的复合粒子。
这种配对使得电子在超导材料中能够自由流动，从而导致电阻的消失。
二、超导技术在电力设备中的应用示范1. 超导电缆传统的电力输送系统中，电缆存在能量损耗和电压降的问题。
而超导电缆采用超导材料作为导体，能够在低温下实现零电阻输电。
这不仅能够提高电力输送的效率，还可以减少电能损耗，降低能源消耗。
2. 超导变压器传统的变压器存在能量损耗和体积庞大的问题。
而超导变压器采用超导材料作为线圈，能够在低温下实现高效、紧凑的能量转换。
这不仅可以提高能量传输的效率，还可以减少设备的体积和重量。
3. 超导磁体超导磁体是利用超导材料的零电阻特性来产生强磁场的设备。
它在医学成像、核磁共振、粒子加速器等领域有着广泛的应用。
超导磁体不仅能够提供更强的磁场，还能够减少能量消耗和设备体积。
三、超导技术在能源系统中的应用示范1. 超导电力系统超导电力系统是指利用超导技术来实现电力输送和分配的系统。
它可以提高电力输送的效率，减少能量损耗，并且能够适应大规模的能源供应需求。
超导电力系统还可以实现电力的可持续发展，促进能源的清洁利用。
2. 超导储能系统传统的能源储存技术存在能量密度低、寿命短等问题。
而超导储能系统利用超导材料的零电阻特性，可以实现高效、长寿命的能量储存。
这不仅可以提高能源利用效率，还可以解决能源供需不平衡的问题。
3. 超导发电系统超导发电系统是指利用超导技术来实现能源的高效转换和发电的系统。
SMES储能装置提高电力系统暂态稳定性研究的开题报告
SMES储能装置提高电力系统暂态稳定性研究的开题报告一、研究背景和意义电力系统暂态稳定性是电网安全运行的一个重要指标，是指在电力系统故障或扰动的情况下，系统自动调节返回稳定状态的能力。
暂态稳定性直接关系到电力系统的可靠性和稳定性，也是保证电力系统经济运行和电力供应的关键。
目前，随着新能源的快速发展和普及，电力系统负担越来越重，暂态稳定性问题也变得越来越突出。
而SMES（超导磁能储存器）作为一种新型的储能装置，具有容量大、响应速度快、效率高、安全可靠等优势，被广泛应用于电力系统中，成为提高系统暂态稳定性和抗干扰能力的重要手段之一。
SMES技术不仅可以在电力系统的稳态运行中进行电能缓冲和储能平衡，还可以在系统出现故障和扰动时快速响应，向系统注入大量的电能以消除暂态过压、过电流等问题，提高电网的安全性和稳定性，保证电力系统的可靠性和供应能力。
因此，研究SMES储能装置的应用在电力系统暂态稳定性问题上的作用，有着重要的现实意义和科学价值。
二、研究内容和方法该研究将从以下两个方面进行探讨：1. SMES储能技术在提高电力系统暂态稳定性中的应用将结合电力系统运行的实际情况和SMES的特性，阐述SMES储能技术在电力系统暂态稳定性中的作用和优点，分析其对电网故障和扰动的响应能力、恢复时间和能量注入量等指标的影响，同时探讨其对电力系统的稳态运行和平衡能力的影响。
2. 基于SMES储能技术的电力系统暂态稳定性控制策略研究从控制角度出发，提出基于SMES储能技术的电力系统暂态稳定性控制策略，包括基于SMES的暂态稳定控制系统结构、控制策略设计和控制算法等，同时分析和比较不同控制策略对电网暂态稳定性的影响，评估其控制效能和经济性。
本研究将采用文献调研、实验仿真和数学建模等方法，综合分析SMES储能技术在电力系统暂态稳定性中的应用效果和作用机理，进一步提高SMES储能技术在电力系统中的应用水平和控制性能，为电力系统的安全稳定运行提供技术支持。
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高温超导磁储能系统及在电力系统中的应用一、超导磁储能基本原理1、什么是超导磁储能系统？超导储能系统（Superconducting Magnetic Energy Storage, 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，一般由超导线圈、低温容器、制冷装臵、变流装臵和测控系统部件组成。
超导储能系统可用于调节电力系统峰谷（例如在电网运行处于其低谷时把多余的电能储存起来，而在电网运行处于高峰时，将储存的电能送回电网），也可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡从而改善电网的电压和频率特性，同时还可用于无功和功率因素的调节以改善电力系统的稳定性。
超导储能系统具有一系列其它储能技术无法比拟的优越性：（1）超导储能系统可长期无损耗地储存能量，其转换效率超过90%；（2）超导储能系统可通过采用电力电子器件的变流技术实现与电网的连接，响应速度快（毫秒级）；（3）由于其储能量与功率调制系统的容量可独立地在大范围内选取，因此可将超导储能系统建成所需的大功率和大能量系统；（4）超导储能系统除了真空和制冷系统外没有转动部分，使用寿命长；（5）超导储能系统在建造时不受地点限制，维护简单、污染小。
目前，超导储能系统的研究开发已经成为国际上在超导电力技术研究开发方面的一个竞相研究的热点，一些主要发达国家（例如美国、日本、德国等）在超导储能系统的研究开发方面投入了大量的人力和物力，推动着超导储能系统的实用化进程和产业化步伐。
2、储能工作原理SMES在电力系统中的应用首先是由Ferrier在1969年提出的。
最初的设想是将超导储能用于调节电力系统的日负荷曲线。
但随着研究的深入，人们逐渐认识到调节现代大型电力系统的日负荷曲线需要庞大的线圈，在技术和经济上存在着困难。
现在，SMES在电力系统应用中的研究重点主要着眼于利用SMES四象限的有功、无功功率快速响应能力，提高电力系统稳定性、改善供电品质等。
超导磁能储存的概念最开始来自于充放电时间很短的脉冲能量储存，大规模能量储存开始于电器元件，其原理就是电能可以储存在线圈的磁场中。
如果线圈是由超导材料制成，即保持在临界温度以下，即使发生变化，电流也不会发生衰减。
线圈卸载荷，可以将电流释放回电路中去。
电流I循环储存在线圈中的能量E为E=0.5LI²超导磁储能装臵的原理示意图1、超导线圈2、制冷剂3、低温容器4、直流电源5、持续电流回路在开关2s断开状态下，接通开关1s给超导线圈充电，最终使超导线圈电流达到额定值；然后开关2s闭合，开关1s断开，超导线圈与开关2s形成闭合回路。
一般来说，开关2s会采用同样具有零电阻特性的超导开关技术。
因此，超导线圈这一闭合回路中，电流不会衰减，保持永久持续流通，其能量便以电磁能的形式储存在超导线圈中。
SMES一般由超导磁体、低温系统、磁体保护系统、功率调节系统和监控系统等几个主要部分组成。
如下图所示结构是由美国洛斯阿拉莫斯实验室首先提出的，以后SMES装臵的研究设计一般都是以此结构作为参考原型。
(1)超导磁体。
储能用超导磁体可分为螺管形和环形两种。
螺管线圈结构简单，但周围杂散磁场较大；环形线圈周围杂散磁场小，但结构较为复杂。
由于超导体的通流能力与所承受的磁场有关，在超导磁体设计中第一个必须考虑的问题是应该满足超导材料对磁场的要求，包括磁场在空间的分布和随时间的变化。
除此以外，在磁体设计中还需从超导线性能、运行可靠性、磁体的保护、足够的机械强度、低温技术与冷却方式等几个方面考虑。
(2)低温系统。
低温系统维持超导磁体处于超导态所必须的低温环境。
超导磁体的冷却方式一般为浸泡式,即将超导磁体直接臵于低温液体中。
对于低温超导磁体,低温液体多采用液氦(4．2K)。
对于大型超导磁体,为提高冷却能力和效率,可采用超流氦冷却，低温系统也需采用闭合循环,设臵制冷机回收所蒸发的低温液体。
基于Bi系的高温超导磁体冷却至20～30K以下可实现3～5T的磁场强度,基于Y系的高温超导磁体即使在77K也能实现一定的磁场强度。
冷却温度的提升带来的直接好处是低温系统成本的降低和冷却效率的提高。
在20～30K以上可选用液氦之外的低温液体或低温气体冷却，直接冷却也是超导磁体的一种冷却方式。
直接冷却不需要低温液体，靠制冷机与超导磁体的固体接触实现热传导。
随着低温技术的进步，采用大功率制冷机直接冷却超导磁体可成为一种现实的方案，但按目前的技术水平，还难以实现大型超导磁体的冷却。
低温系统是保证超导磁体处于低温的必要条件，其冷却效果的高低也直接影响到超导磁体的技术性能，如热稳定性，同时，低温系统成本和可靠性在SMES中也有着重要的地位。
3)功率调节系统。
功率调节系统控制超导磁体和电网之间的能量转换，是储能元件与系统之间进行功率交换的桥梁。
目前，功率调节系统一般采用基于全控型开关器件的PWM变流器，它能够在四象限快速、独立地控制有功和无功功率，具有谐波含量低、动态响应速度快等特点。
根据电路拓扑结构，功率调节系统用变流器可分为电流源型(Current Source Converter，CSC)和电压源型(Voltage Source Converter，VSC)两种基本结构，如图1—2所示。
由于超导磁体固有的电流源特性，CSC的直流侧可以与超导磁体(Superconducting Coil，SC)直接连接，而VSC用于SMES时在其直流侧必须通过斩波器(Chopper)与超导磁体相连。
(4)监控系统。
监控系统由信号采集、控制器两部分构成，其主要任务是从系统提取信息，根据系统需要控制SMES的功率输出。
信号采集部分监测电力系统及SMES的各种技术参量，并提供基本电气数据给控制器进行电力系统状态分析。
控制器根据电力系统的状态计算功率需求，然后通过变流器调节磁体两端的电压，可以对磁体进行充、放电。
控制器的性能必须和系统的动态过程匹配才能有效地达到控制目的。
SMES的控制分为外环控制和内环控制。
外环控制器作为主控制器用于提供内环控制器所需要的有功和无功功率参考值，是由SMES本身特性和系统要求决定的；内环控制器则是根据外环控制器提供的参考值产生变流器开关的触发信号。
二、超导磁储能在电力系统中的应用随着我国经济的高速发展，电力需求越来越大，随之而来的是电力系统的规模和复杂性的增加。
为实现“保证电力安全”、“节能减排”、“节约资源”、“提高供电品质”、“保护环境”等重大目标，“西电东送”、“南北互供”、“全国联网”、“可再生能源发电”等战略性发展方针将使我国电网成为世界上最庞大、最复杂的电网。
然而，充分的、高品质的、可靠的电力供给已经开始受到若干负面因素的制约，电力系统已经面临和必将面对许多重大技术课题。
超导储能系统在进行输/配电系统的瞬态质量管理、提高瞬态电能质量及电网暂态稳定性和紧急电力事故应变等方面具有不可替代的作用，并将为打造新的电力市场机制提供技术基础，具有广阔的应用前景。
其应用场合主要包括：（1）可用来消除电力系统中的低频振荡，用于稳定系统的频率和电压；（2）可用于无功功率控制和功率因数的调节，以提高输电系统的稳定性和功率传输能力；（3）由于它可迅速向电网加入或吸收有功功率，具有超导储能装臵的系统可看成是灵活交流输电系统；（4）如果不仅将它看成是一个储能装臵，而且将它看成是系统运行和控制时的有功功率源，它将显得更有用和有效，因此可以用作超导能量管理系统；（5）在AGC系统中具有自动发电控制作用，而且局部控制错误可减到最小；（6）可用于配电系统或大的负载边以减少波动和平衡尖峰负载、控制初次功率和提高瞬态稳定性，并可得到很好的效益；（7）可用于海岛供电系统，因为海岛与大陆联网的造价高，一般采用燃气轮机独立发电并成网，超导储能装臵可用来进行负载调节等；（8）可用来补偿大型电动机起动、焊机、电弧炉、大锤、扎机等波动负载从而减少电网灯光闪烁现象；（9）还可用作太阳能和风力田的储能。
风力发电将产生脉动的功率输出并将为配电网带来很多问题，而超导储能装臵可使风力发电系统的输出平滑而满足配电电网的要求，并为系统提供备用功率和控制频率；（10）可作为其它分布式电源系统的储能装臵；（11）可用作为重要负载提供高质量电力的不间断电源，并在负荷侧发生短路时限制短路电流。
总之，现代工业的发展对供电的可靠性、电能质量提出了越来越高的要求。
例如现代企业中变频调速驱动器、机器人、自动生产线、精密加工工具、可编程控制器、计算机信息系统等设备，对电源的波动和各种干扰十分敏感，任何供电质量的恶化可能会造成产品质量的下降，产生重大损失。
随着我国新技术、新设备的不断引进和广泛应用，以及我国电力市场商业化运营的实施和分布式发电技术的发展，对电能质量的控制提出了日益严格的要求，对电能质量敏感的电力用户或需要特殊供电的场合也会越来越多。
随着我国电网的不断扩大，也迫切需要解决大电网的稳定性问题，超导储能系统在这方面也将具有重要的应用价值。
三、应用实例日本中部电力公司研制了5MJ/5MVA SMES用以补偿系统瞬时电压跌落，解决敏感工业用户的电能质量问题。
2003年7月起，该SMES装臵已安装在日本的一个大型LCD电视生产厂家长期现场运行试验，检验SMES的运行特性及可靠性。
在现场实验过程中，当SMES检测到系统出现电压降落问题时，立即切入系统对负载进行单独供电，保证负载的供电电压。
系统运行过程中，由于雷击引起77KV输电线路上的两条支路产生接地故障，使实验基地经历了瞬时电压降落。
SMES在系统电压降落期间对负荷进行补偿供电，当系统电压恢复正常后，SMES退出运行，平滑地切换到系统供电，保证负荷的正常运行。
SMES系统接线图由图中可以看出，在电网电压出现35%的降落时，由于SMES的补偿，负载电压维持不变。
美国超导公司（ASC）通过制造和安装SMES来解决工业电能质量问题，为大型工业负载提供可靠电能。
ASC先后在纽约的Brookhaven国家实验室、美国北卡罗来纳州Fair Bluff的乙烯生产厂、维斯康星公用实业公司、澳大利亚、南非等安装了SMES装臵，获得了丰富的现场运行经验。
安装于Brookhaven国家实验室的SMES超过三年的现场运行解决了美国能源部国家同步辐射光源环系统所面临的电压凹陷和瞬时断电问题。
在该实验室用户的试验样品通常要在光源环射线中测试30天以上，在实验过程中，任何超过259ms的瞬时断电和电压凹陷都会干扰射线的驱动磁体，导致射线的分叉和光源环的终止。
光源环终止后实验必须重新开始，造成巨大的人力和物力的浪费。
如果采用SMES为驱动磁体提供稳定的电源，每年可以节省50000~300000美元，还不包括人力的消耗。
SMES系统在1995年2月安装于Brookhaven，与800kVA的配电系统相连，同时为驱动磁体供电控制实验过程中的射线日本中部电力公司研制了5MJ/5MVA SMES用以补偿系统瞬时电压跌落，解决敏感工业用户的电能质量问题。