储能技术 第7章 飞轮、超导与超级电容器.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * *  7.2 超导储能 储能效率高 导线圈运行在超导状态时电阻为零，因而不存在导体发热引起的热损耗，所以能在长时间内无损耗地储存能量，其储能效率超过90%。 环境依赖小 相比于抽水蓄能等储能技术，超导储能对安装和使用环境的要求较低，且具有对环境影响小、便于维护等优势。 运行控制灵活 由于超导储能可以独立地在大范围内选取其储能与功率调制系统的容量，因此可将其建成大功率和大能量系统。 超导储能的特点 *  7.2 超导储能 超导储能工作原理 工作原理 超导储能装置工作时，需先在超导线圈内储存一定的能量，再通过控制变流器实现与外部的功率交换。超导储能系统中的超导线圈在超导态电阻为零，通入直流电流时不会产生焦耳热损耗。因此，为了提高能量转化效率，超导储能采用直流供电方式。 E 电磁能(J) L 超导线圈电感(H) I 超导线圈电流(A) E 电磁能(J) L 超导线圈电感(H) I 超导线圈电流(A) * 7.2 超导储能 超导储能构成 超导线圈 超导线圈因其通入电流后会形成磁场而又被称作超导磁体，是超导储能系统中的核心部件。超导线圈电流密度大、几乎无损耗，因而由超导线圈构成的超导储能系统的储能密度在108J/m3量级。 变流器 超导磁储能所采用的AC/DC变流器实现了超导线圈和外部交流电网之间的连接，是超导储能系统与电网之间功率交换的桥梁。变流器采用由电力电子器件组成的开关电路，从电路拓扑结构角度来看，主要包括电压型和电流型两大类。 * 7.2 超导储能 超导储能构成 失超保护系统 超导体的运行状态受到电流、磁场及温度等因素的影响，一旦不能满足超导条件，将会失去超导状态，即发生失超问题。发生失超的导体部位会存在电阻特性。在有较大电流流过时，由于导体的焦耳热效应会使得局部温度过高。当相邻部位的温度也超过超导材料的临界温度时，就会导致整个导体都由于温度过高而失超。 （1）失超原因：由于超导材料具有各向异性，使得超导材料的局部性能可能存在缺陷，如：临界温度较高等。除了超导材料本身的缺陷，系统线路中的线路干扰和导线受磁场力作用下的运动等一些外部干扰也会引起失超的发生。此外，超导线圈中的电流突然升高时可能会破坏维持超导的电流条件，从而发生失超现象。 * 7.2 超导储能 超导储能构成 失超保护系统 （2）失超检测：通过对系统中的环境变化如温度、压力等因素进行测量，可以检测失超是否发生。目前的失超检测方法主要有以下几种： A. 温度测量：超导体发生失超时，零阻态会转变为一般状态，由于电流的焦耳热效应导致温度升高。因此通过监测超导体各部位是否有明显的局部温度升高现象，可判断是否发生失超。 B. 气压测量：超导体发生失超时超导线圈会发热，气体吸热后体积膨胀使得冷却系统中的气压增大，因此通过压力传感器检测压力的变化可判断是否发生失超。 * 7.2 超导储能 超导储能构成 失超保护系统 C. 电压测量：超导体发生失超时，导体线圈具有电阻，通过测量线圈电压的变化可作为是否发生失超的判断依据。该方法与温度测量法类似，需在各个线圈上设置传感器，检测成本相应偏高。 D. 桥式电路测量：在超导磁体的中心安装一个抽头，与两个电阻和一个电流计组成一个桥式电路。失超发生时，电流计偏转。桥式电路检测法安装和使用较简单.不需要电压传感器。需要指出的是桥式电路的灵敏度非常高，易受噪声信号干扰。 E. 超声波信号测量：用超声波信号对冷却系统的输入输出状态进行检测，通过其传递函数的变化情况判断失超。 * 7.2 超导储能 超导储能构成 失超保护系统 （3）失超保护：对超导磁体采取有效的保护措施以保证设备安全可靠运行，保护的主要目的是转移失超磁体中的电流从而避免焦耳热在线路上的释放。主要保护手段有如下四种。 A.并联外部电阻保护：将超导体与电阻R并联，正常状态下超导体的电阻为零，相当于电阻R被短路；当超导体发生失超时，将开关断开，由线圈与电阻R构成闭合回路，从而释放电能，电阻R越大，其放电速度也越快，避免了超导体本身温度过高。 * 7.2 超导储能 超导储能构成 失超保护系统 * 7.2 超导储能 超导储能构成 失超保护系统 C.内部分段并联电阻保护：引入一系列电阻与超导线圈进行分区并联，当其中的一部分线圈失超时，与该段并联的电阻会释放能量从而使相邻段的超导线圈也发生失超，从而将能量释放。 D.并联二极管保护：当失超发生时，二极管导通，超导线圈通过二极管续流，能量在线圈内部释放。 * 7.2 超导储能 超导储能构成 冷却系统 为了保证超导体稳定维持在超导态，无论是低温超