超導磁儲能系統(tǒng)

前言

　　超導技術是具有戰(zhàn)略意義的高新技術。美國、日本等國家均把超導技術列為未來國家間技術競爭的關鍵技術之一。雖然目前超導電力技術尚未達到廣泛應用于電力系統(tǒng)的程度，但是，隨著超導技術和低溫技術的發(fā)展以及電力需求的不斷增大，超導技術終將逐步進入電力系統(tǒng)。美國在其未來電力系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃“GRID2030計劃”中，就將超導技術列為其中的一項骨干技術。在美國新任總統(tǒng)奧巴馬的能源新政中，再次明確將超導電網與智能電網作為未來美國電網的發(fā)展方向。美國、日本、韓國以及歐盟均設置了相應的超導電力技術的發(fā)展項目，成功研制了包括超導發(fā)電機、超導變壓器、超導輸電電纜、超導電動機、超導限流器、超導磁儲能系統(tǒng)等在內的多種超導電力裝置。　　在各種超導電力裝置中，SMES以其高儲能密度、高儲能效率、快速的四象限功率調節(jié)能力而具有獨特的魅力。由于SMES具有利用常規(guī)技術難以達到的技術性能，在提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，改善供電品質，提高供電可靠性，以及新能源發(fā)電中可以發(fā)揮重要的作用。　　華中科技大學于1999年在全國高校中率先成立了超導電力研究中心。該書作者及其所在的團隊以提高電力安全為基本目標，在國家863計劃、973計劃的支持下，對SMES進行了探索性的實驗研究，成功研制出我國第一套直接冷卻高溫超導磁儲能系統(tǒng)動模實驗樣機，并進行了將其用于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的實驗研究，取得可喜的成果。在此基礎上，該書作者還提出了幾種新的SMES應用途徑，為超導電力技術在電力系統(tǒng)中的推廣應用做出了貢獻?！　　冻瑢Т艃δ芟到y(tǒng)（SMES）及其在電力系統(tǒng)中的應用》一書是華中科技大學超導電力研究中心成立后出版的第一部超導電力專著，該書的主要內容就是這些探索性研究成果的總結，是一部理論性和實用性都很強的學術專著。雖然該書的內容只是超導電力技術的一小部分，也不能說該書已經全面解決了SMES的所有關鍵問題，但是在關于SMES的基本理論與應用方面仍然具有相當高的學術參考價值。

內容概要

超導技術的應用前景非常廣闊，涉及到電工電力、交通、通信等眾多領域。就超導電力技術而言，雖然她還是一個前瞻性的技術，但她是一個具有戰(zhàn)略性意義的高新技術。     本書的內容主要是作者及其所在的團隊在超導技術上所做的研究工作的總結，并就超導技術的發(fā)展戰(zhàn)略提出了一些自己的看法。書中也廣泛綜合了國內外的研究資料。全書共分8章，內容包括：緒論、超導應用基礎知識、SMES用變流器及其控制策略研究、SMES提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、SMES改善電力系統(tǒng)的電能質量、SMES在電力系統(tǒng)的新應用模式研究、35KJ／7.5KW直接冷卻高溫超導SMES、SMES的發(fā)展戰(zhàn)略研究等。     期望本書能對超導技術工作者、電氣工程學科的學生以及電力相關的管理人員、技術人員理解SMES有所裨益，對促進我國超導電力技術的進步起到拋磚引玉的效果。

書籍目錄

序前言第1章　緒論  1.1  電力系統(tǒng)發(fā)展所面臨的重大課題  1.2　超導電力技術    1.2.1　超導電機    1.2.2　超導電纜    1.2.3　超導變壓器    1.2.4　超導限流器    1.2.5　超導磁儲能  1.3　超導磁儲能系統(tǒng)（SMES）的構成及其工作原理  1.4　SMES在電力系統(tǒng)中的應用途徑  1.5　本書內容概述  參考文獻第2章　超導應用基礎知識　2.1　超導基礎知識    2.1.1　超導體的分類及發(fā)展歷程    2.1.2　超導體的基本特性    2.1.3　超導體的三個臨界值    2.1.4　第Ⅰ類超導體和第Ⅱ類超導體    2.1.5　超導體內的磁通運動  2.2　超導導線    2.2.1　超導導線的基本形式    2.2.2　低溫超導導線    2.2.3  高溫超導導線  2.3　超導磁體    2.3.1　超導磁體的種類  　2.3.2　超導磁體的電磁特性　  2.3.3　超導磁體的應用領域　  2.3.4　超導磁體的電磁設計要點　  2.3.5　超導磁體的失超保護　2.4　低溫技術  　2.4.1　低溫液體　  2.4.2　制冷機　  2.4.3　低溫容器　  2.4.4　真空技術　  2.4.5　超導磁體的低溫系統(tǒng)　2.5　超導裝置的電流引線　  2.5.1  電流引線的分類　  2.5.2  電流引線的設計要點　  2.5.3  電流引線的發(fā)展現(xiàn)狀及水平　參考文獻第3章　SMES用變流器及其控制策略研究　3.1 SMES用變流器的基本原理和拓撲結構    3.1.1  SMES用電流源型變流器的基本原理    3.1.2　SMES用電流源型變流器大容量拓撲結構    3.1.3  SMES用電壓源型變流器的基本原理    3.1.4　SMES用電壓源型變流器大容量拓撲結構    3.1.5　SMES用電流型變流器與電壓型變流器的比較　3.2　離散化狀態(tài)反饋解耦控制策略  　3.2.1  離散化狀態(tài)反饋解耦控制　  3.2.2  離散化狀態(tài)反饋解耦控制的數(shù)字實現(xiàn)　3.3　SMES用電流源型變流器的控制    3.3.1  電流源型變流器的數(shù)學模型    3.3.2  電流源型變流器的控制器設計    3.3.3　仿真分析　3.4　SMES用電壓源型變流器的控制    3.4.1  電壓源型變流器的數(shù)學模型    3.4.2　斬波器的數(shù)學模型    3.4.3  電壓源型變流器控制器設計    3.4.4　仿真分析　參考文獻第4章　SMES提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 第5章　SMES改善電力系統(tǒng)的電能質量 第6章　SMES在電力系統(tǒng)的新應用模式研究 第7章　35kJ／7.5kW直接冷卻高溫超導SMES 第8章　SMES的發(fā)展戰(zhàn)略研究 參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　我國經濟的高速發(fā)展使得我國的電力系統(tǒng)已成為世界上最龐大最復雜的系統(tǒng)之一。電力安全已經成為國家安全的一個重要方面。同時，信息化、精密制造以及生產生活對電力的依賴程度已經對電力供給的可靠性和供電品質提出了更高的要求。石油、煤炭等能源資源將不能滿足未來電力供給的需求，開發(fā)新能源，特別是可再生能源已成為一項保證國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性國策。作為一種具備快速功率響應能力的電能存儲技術，超導磁儲能系統(tǒng)(Superconducting Magnetic Energy Storage，SMES)可以在提高電力安全、改善供電品質、增強新能源發(fā)電的可控性中發(fā)揮重要作用。本章從分析電力系統(tǒng)面臨的重大課題人手，介紹SMES在未來電力系統(tǒng)中的基本需求，以及SMES的工作原理和主要部件的功能作用?！　?.1　電力系統(tǒng)發(fā)展所面臨的重大課題　　電力工業(yè)是國家的基礎產業(yè)，電氣化是現(xiàn)代文明的標志。在現(xiàn)代工業(yè)化、信息化的社會，無論是在社會生產對電力供給的依賴性上，還是在人們Et常生活對電力供給的期待值上，現(xiàn)代社會從電力供給容量和質量兩個方面都對電力系統(tǒng)提出了更高的要求。　　隨著我國經濟的高速發(fā)展，電力需求越來越大，隨之而來的是電力系統(tǒng)的規(guī)模和復雜性的增加。為實現(xiàn)“保證電力安全”、“節(jié)能減排”、“節(jié)約資源”、“提高供電品質”、“保護環(huán)境”等重大目標，“西電東送”、“南北互供”、“全國聯(lián)網”、“可再生能源發(fā)電”等戰(zhàn)略性發(fā)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、高品質的、可靠的電力供給已經開始受到若干負面因素的制約，電力系統(tǒng)已經面臨和必將面對許多重大技術課題。

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