超导磁储能系统及其在电力系统中的应用.ppt

超导磁储能系统 (SMES) 及其在电力系统中的应用 电-1305班 聂志强 第一页，共二十九页。 超导磁储能基本原理 超导磁储能在电力系统中的应用 应用举例 第二页，共二十九页。 概念 超导电磁储能（Superconducting Magnetic Energy Storage ,SMES)装置（简称超导储能装置），是利用超导线圈将电能直接以电磁能的形式储存起来，在需要时再将电能输出给负载的储能装置。 第三页，共二十九页。 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。 超导磁储能的提出 第四页，共二十九页。 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 E=0.5LI2 第五页，共二十九页。 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 第六页，共二十九页。 信号采集 电力系统 控制器 变压器 变流器 磁体保护系统 超导磁体 低温系统 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。 第七页，共二十九页。 (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。 低温系统维持超导磁体处于超导态所必须的低温环境。 螺管形 第八页，共二十九页。 （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。 第九页，共二十九页。 SMES电流源型和电压源型变流器 (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。 第十页，共二十九页。 超导磁储能装置的优点 （1）、 无损耗、储能密度高 （2）、储能效率高、响应速度快 （3）、改善供电品质，提高电网稳定性 （4）、使用寿命长 （5）、超导储能装置可不受地点限制，且维护简单 污染小。 第十一页，共二十九页。 超导磁储能在电力系统中的应用 第十二页，共二十九页。 电力系统发展所面临的重大课题 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。 第十三页，共二十九页。 （1）、电力安全 谐波、过电压、短时断电、电压骤降电压骤升 （2）、电能质量 电网瓦解、大面积停电事故 （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 第十四页，共二十九页。 提高电力系统的稳定性 调节滑行失步 调节震荡失步 缩短暂态过渡过程 提供电压支撑防止电压崩溃 第十五页，共二十九页。 改善电力系统的电能质量 降低或避免电能质量问题给电力用户带来的损失，国内外主要的解决方法可以分为三类：1、电力系统侧；2、在用电设备本身；3、在系统和用电设备之间的界面上。 第十六页，共二十九页。 SMES在系统和用电设备之间界面上作用： 1、减小负荷波动或发电机出力变化对电网的冲击 2、不间断电源 第十七页，共二十九页。 应用实例 第十八页，共二十九页。 日