超导磁储能装置抑制配电网瞬时电压跌落的研究

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1、超导磁储能装置抑制配电网瞬时电压跌落的研究摘要：超导磁储能装置结合了高温超导体的低耗快速蓄能的性质与电气元件的高速换电技术的优点，是一种新式的极具潜力的四象限调节储能装置，该元件是当前超导电力装置中最具有开发前景和潜力的设备之一。本文介绍了SMES的结构和工作原理，国内外SMES的发展现状，以及SMES在电力系统中的应用。然后研究了SMES抑制配电网瞬时电压跌落的作用，证明SMES是配电网中非常有效的和有用的器件。中国论文网http://www.xzbu.com/8/view-7335248.htm　　关键词：超导磁储能；配电网；瞬时电压跌落　　中图分类

2、号：TM755文献标识码：A　　在传统配电网中，当系统中出现故障或者大扰动时，远方同步发电机并不总是能够足够快地响应该扰动以保持系统的有功和无功平衡和稳定，这时也只能依靠切负荷来维持系统的稳定。　　如果电力系统能够大规模地储存电能，并灵活地对这些储能设备进行布置，将会推动电力系统运行产生巨大的变革。储能系统的加入有效的弥补了电网的负荷峰谷问题并可以极大的提高电网的供电可靠性。如果系统因为跳闸引起了局部的停电事故，则连接在配电网中的储能设备就可以瞬时恢复供电，因此在某种程度而言，起到了UPS电源的作用，给故障排除和检修争取了时间；同时，储电设备能够增加系统

3、的暂态稳定性，在电网发生较大的故障时，包括三相短路和机组甩负荷等情形下，全电力电子设备的储能装置能够快速的调整电能，为系统中的其它基于机械开关的稳定性设备的调整提供了时机，从而使得电网可以更快的回稳；在未来大量不确定出力的新能源发电接入电网中时，储能设备也是用于平抑功率波动的有效手段。总体而言，发展储能系统对于电网而言是十分关键并且必要的。　　但是，如何大规模储存瞬时性的电能依然是电力行业中备受关注但尚未解决的难点。这是由于大规模的储存电力的器件还各有其缺点。多种基于新式储电理论和方法的储能设备还都处在开发阶段，例如超级电容器储能、飞轮储能以及超导磁储能

4、等。虽然这些新型储能装置的实用化还有各种必须解决的问题。但就现在的发展趋势而言，这些储电技术已显示出较高的发展潜力。　　综合国内外SMES的相关研究成果报道，可以看出相关的研究工作大多集中在超导磁体的物理特性和有功和无功调节特性，以及如何基于SMES四象限功率调节的特性研究SMES接入电网的协调运行策略等方面。而对SMES应用于电力系统时，电力系统对SMES的相关性能要求，以及SMES与电力系统之间的相互作用等研究还非常欠缺。因此，迫切需要根据电网实际运行情况，研究SMES接入电网后对电网的作用。本文介绍了SMES的基本原理和发展现状，并研究了一个典型的

5、SMES用于抑制配电系统电压暂降的效果，并试图给出相应的建议。　　1超导磁储能的原理与应用　　1911年昂尼斯在液氦温度下研究了几种纯金属的电阻与温度的关系时发现，当温度下降到约4.2K时，水银的电阻从0.125Ω突然下降到零，这种奇异现象称为超导电性。　　超导磁储能系统是超导电力技术应用领域中一个很重要的方面，同超级电容器储能、压缩空气储能以及蓄电池储能和抽水蓄能等其它各种储电设备相比，超导储能系统很多不可替代的优势：首先，其可长时间近似无损地储存电能，消耗的电能仅为0.1%，超导磁体本身并不损耗电能，转换电能的效率高达95%，磁体本身的充放电次数近乎

6、无限，而蓄电池储能的充放电次数仅有1000～2000次，使用寿命大大降低；其次，超导磁体与电力系统通过换流器连接，全电力电子设备的设计使得其响应速度可以达到毫秒级；再次，其大规模的容量使得其可以适用于大规模的电网系统，甚至是输电网系统；然后，在SMES中基础不存在机械开关设备，因此具有响应快，寿命长的特点，并且在电网的任何节点中均可以布设SMES，具有高度的灵活性。　　SMES不仅仅是一个蓄能装置，更是一个可以参与电力系统运行和控制的有功和无功源，在电力系统主要部件发生故障时能为系统提供能量，并为发电设备的起动提供有功和无功，也能在地区性故障后为电网的恢

7、复提供能量。　　由于超导储能装置可以对电网的功率进行调节，可以减少功率波动或发电机出力的改变对电力系统的影响，SMES通过变流器的控制，可将SMES作为重要负荷和对供电要求较高的设备的UPS电源，并且可以改善配电网中发生故障或由于输电网受到扰动而导致配网向负荷侧供电的过程中发生的稳定性问题。容量较小的超导磁储能装置可以提高系统的功率因数，提高系统的频率稳定性。将SMES与动态电压恢复器结合协调控制，能够降低甚至去除停电、电压瞬时跌落、谐波、瞬时冲击负荷或瞬时过电压等扰动对用电终端的干扰，提高系统的电能质量。　　近来1～5MJ容量级别的低温超导SMES已经

8、由美国超导公司和IGC公司研发并推向市场，他们甚至表示能够处理100kJ容量级的