超导磁储能系统（SMES）及其在电力系统中的应用PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1 电力系统发展所面临的重大课题 1

1.2　超导电力技术 3

1.2.1 超导电机 4

1.2.2　超导电缆 5

1.2.3　超导变压器 5

1.2.4　超导限流器 6

1.2.5　超导磁储能 6

1.3　超导磁储能系统（SMES）的构成及其工作原理 6

1.4　SMES在电力系统中的应用途径 9

1.5　本书内容概述 11

参考文献 12

第2章　超导应用基础知识 17

2.1　超导基础知识 17

2.1.1 超导体的分类及发展历程 17

2.1.2　超导体的基本特性 18

2.1.3　超导体的三个临界值 19

2.1.4　第Ⅰ类超导体和第Ⅱ类超导体 22

2.1.5　超导体内的磁通运动 23

2.2　超导导线 24

2.2.1　超导导线的基本形式 24

2.2.2　低温超导导线 24

2.2.3 高温超导导线 26

2.3　超导磁体 28

2.3.1　超导磁体的种类 28

2.3.2　超导磁体的电磁特性 29

2.3.3　超导磁体的应用领域 31

2.3.4　超导磁体的电磁设计要点 33

2.3.5　超导磁体的失超保护 35

2.4　低温技术 37

2.4.1　低温液体 38

2.4.2　制冷机 40

2.4.3　低温容器 41

2.4.4　真空技术 44

2.4.5　超导磁体的低温系统 46

2.5　超导装置的电流引线 49

2.5.1 电流引线的分类 49

2.5.2 电流引线的设计要点 51

2.5.3 电流引线的发展现状及水平 53

参考文献 54

第3章　SMES用变流器及其控制策略研究 56

3.1　SMES用变流器的基本原理和拓扑结构 56

3.1.1 SMES用电流源型变流器的基本原理 57

3.1.2　SMES用电流源型变流器大容量拓扑结构 60

3.1.3 SMES用电压源型变流器的基本原理 62

3.1.4　SMES用电压源型变流器大容量拓扑结构 65

3.1.5　SMES用电流型变流器与电压型变流器的比较 68

3.2　离散化状态反馈解耦控制策略 69

3.2.1 离散化状态反馈解耦控制 69

3.2.2 离散化状态反馈解耦控制的数字实现 71

3.3　SMES用电流源型变流器的控制 73

3.3.1 电流源型变流器的数学模型 73

3.3.2 电流源型变流器的控制器设计 76

3.3.3　仿真分析 81

3.4　SMES用电压源型变流器的控制 84

3.4.1 电压源型变流器的数学模型 84

3.4.2　斩波器的数学模型 86

3.4.3 电压源型变流器控制器设计 88

3.4.4　仿真分析 91

参考文献 94

第4章　SMES提高电力系统稳定性 98

4.1　SMES抑制电力系统功率振荡的机理 98

4.1.1 暂态稳定分析计算的基本假设 99

4.1.2　含SMES的电力系统功角特性 101

4.1.3 基于能量函数的SMES控制理论分析 104

4.2　基于频率和电压调节的SMES控制器设计 107

4.3　SMES相量模型 111

4.3.1 相量仿真法及其应用于SMES的可行性 111

4.3.2 电压源型SMES相量模型的建立 112

4.3.3　SMES相量模型的仿真分析 116

4.4　SMES抑制电力系统功率振荡的仿真分析 118

4.5　SMES改善电压稳定性的基本分析 123

4.5.1 单负荷无穷大母线系统 124

4.5.2　负荷静态特性 127

4.5.3　SMES改善系统电压稳定性的分析 129

4.6　SMES提高系统稳定性的研究实例 130

4.6.1 30MJ SMES抑制美国西部电网低频振荡 130

4.6.2　30kJ SMES提高水轮发电机稳定性 133

4.6.3 1kWh/1MW SMES用于系统稳定控制 137

4.6.4　D-SMES改善系统电压稳定性 139

参考文献 143

第5章　SMES改善电力系统的电能质量 145

5.1 电能质量问题 145

5.2　动态电压恢复器（DVR）及其控制 148

5.2.1 工作原理 148

5.2.2　DVR的基本组成部分 149

5.2.3 DVR的控制策略 155

5.3　电压暂降的检测方法 159

5.3.1　检测方法的基本分类 160

5.3.2　基于瞬时无功功率理论的dq0变换方法 164

5.3.3　虚拟三相d-q变换方法 166

5.4　基于SMES的动态电压恢复器的仿真分析 168

5.4.1 系统仿真参数 169

5.4.2　检测方法的仿真分析 170

5.4.3 系统仿真结果 173

5.5　SMES用作不间断电源 175

5.5.1 后备式SMES-UPS 175

5.5.2　在线互动式SMES-UPS 176

5.5.3 双变换在线式SMES-UPS 177

5.6　研究实例 178

5.6.1 ASC SMES改善电能质量问题的安装运行实例 178

5.6.2 日本中部电力公司5MJ/5MVA SMES 181

5.6.3 韩国3MJ/750kVA SMES 184

参考文献 187

第6章　SMES在电力系统的新应用模式研究 190

6.1　基于SMES的电流控制器 190

6.1.1 电流控制器的作用原理 190

6.1.2 限制短路电流的特性分析 193

6.1.3　动态潮流控制特性分析 195

6.1.4 电流控制器技术可行性分析 202

6.2　基于SMES的双馈风力发电励磁系统 208

6.2.1 系统工作原理 208

6.2.2 系统控制方案 211

6.2.3　仿真分析 218

6.3　在独立电力系统中SMES的一机多职应用 223

6.3.1 独立电力系统特性 223

6.3.2　SMES一机多职概念 224

6.3.3 SMES磁体两种不同功能的实现方式 225

6.3.4 多模块超导储能脉冲电流输出实验 227

6.4　其他应用方式 230

6.4.1 电力系统状态诊断 230

6.4.2　超导限流—储能系统 232

6.4.3　在微网中的综合应用 236

6.5　本章小结 237

参考文献 237

第7章　35kJ/7.5kW直接冷却高温超导SMES 241

7.1　SMES的系统组成 241

7.1.1 高温超导磁体 242

7.1.2　低温系统和电流引线 242

7.1.3　功率调节系统 243

7.1.4　监控系统 246

7.2　SMES磁体的设计制作 248

7.2.1 高温超导线材 248

7.2.2　高温超导磁体设计 248

7.2.3 高温超导磁体的杂散磁场分析 250

7.2.4 高温超导磁体热稳定性分析 254

7.2.5 高温超导磁体的制作 258

7.3　SMES的基本特性实验 259

7.3.1 实验用数据采集系统 259

7.3.2 系统冷却 261

7.3.3　超导磁体通流特性 262

7.3.4　SMES功率调节特性 262

7.4　SMES抑制电力系统功率振荡的动模实验 265

7.5　超导磁体动态温度特性 267

7.5.1 直流充磁试验中磁体的温度特性 267

7.5.2　开环功率调节试验中磁体的温度特性 268

7.5.3　动模试验中磁体的温度特性 273

参考文献 274

第8章　SMES的发展战略研究 276

8.1　SMES的发展历程及发展趋势 276

8.2　SMES的关键技术 279

8.2.1 广泛应用超导电力的基本条件 279

8.2.2　超导电力的关键技术课题 280

8.2.3　SMES的技术课题 282

8.3　SMES的实验项目与方法 284

8.3.1　SMES试验前的准备工作 284

8.3.2　SMES磁体试验 285

8.3.3　SMES变流器试验 289

8.3.4　SMES功率调节试验 291

8.3.5 SMES的系统响应特性试验 293

参考文献 294