对极型高温超导直流感应加热装置电磁优化

基于高温超导(High Temperature Superconductivity,HTS)直流感应加热技术加热质量好、加热效率高等优点,提出一种基于圆筒形多极直流电机结构的对极铁芯高温超导直流感应加热装置.首先,针对加热装置气隙磁场与铝棒温升特性,采用麦克斯韦方程组与法拉第电磁感应定律,并结合固体热传导方程,建立铝棒加热过程数值模型;其次,兼顾加热装置环形铁芯与直流电机多极结构模式,构建4极与2极电磁模型与热模型;再次,针对铝棒电导率、转速以及长度对铝棒加热过程的影响,利用对极加热装置电磁热模型,研究铝棒内涡流与加热功率的变化过程;最后,针对加热区域磁场强度不足的问题,基于直流电机极靴长度对气隙磁场大小的影响,提出极靴结构改善气隙磁场模型.研究结果表明:2极铁芯结构下铝棒最大磁通密度高于4极结构0.16 T,铝棒最大温度高于4极结构54 K;铝棒内涡流密度和加热功率与铝棒电导率、长度以及转速呈正相关性;极靴结构提高了铝棒磁通密度0.11 T,铝棒温度提升了4.2℃.

75m三相交流高温超导电缆的研制

成功研制的75m长10.5kV/1.5kA三相交流高温超导电缆是目前世界上少数几组并入实际电网试验运行的三相交流高温超导电缆之一。超导电缆芯采用均流方法设计,在自主开发的专用绕线机上绕制;低温杜瓦管采用柔性波纹管和真空绝热结构;电缆的绝缘设计和加工实现了与常规电缆电绝缘工艺的兼容;低温制冷系统采用减压降温方式;在线监测系统采用光-电转换技术实现高电压隔离。该超导电缆的交流载流能力大于3500A,自2004年12月起,已累计在配电网中运行达7000h。

高温超导变压器研发进展综述

与传统常规变压器相比,超导变压器具有很多优势,如体积小、重量轻、损耗低、无污染火灾隐患等。近十几年来,随着高温超导线材取得重要的研究进展,国际上相继开展了高温超导变压器的研发,已有三台样机成功地完成了挂网试验。简要介绍了近年来国内外高温超导变压器(包括电力变压器和机车变压器)的研发情况以及近期几个基于第二代高温超导线材的高温超导变压器项目,并指出随着高温超导线材的技术发展,限流变压器的研究值得关注。

微细粒锡石的凝聚与分散——理论与实践

本文较全面地论述了在有及无浮选剂存在条件下矿浆体系中矿粒之间可能存在的各种相互作用势能，给出了各种相互作用势能的计算公式。通过锡石表面Ｚｅｔａ电位和接触角的测定，计算了在不同油酸钠浓度下微细粒锡石表面极性相互作用能量常数、ＤＬＶＯ相互作用势能和扩展的ＤＬＶＯ相互作用势能，预测并解释了细粒锡石在矿浆中的凝聚与分散行为。根据理论计算结果和沉降试验结果的对比，指出了ＤＬＶＯ理论在解释有浮选剂存在条件下的矿粒凝聚与分散行为的不足，以及扩展的ＤＬＶＯ理论的正确性和较好的预测可信度。本研究可为锡石矿物的分选提供重要依据，也是对这两个理论在实际应用方面的重要拓展。

630kVA三相高温超导变压器的研制和并网试验

研发了630kVA、10.5kV/0.4kV三相交流高温超导变压器,并成功进行了并网试验运行。该变压器导线采用多芯Bi2223/Ag不锈钢加强高温超导带材;高压绕组采用多层圆筒式结构,层间置有绝缘和冷却通道;低压绕组采用并联饼式结构。铁心采用非晶合金材料,为三相五柱式结构。绕组置于环形带有室温孔径的玻璃钢低温杜瓦中,以保证铁心处于室温环境。超导线的绝缘利用自主开发的包扎机以聚酰亚胺薄膜采用双半叠包工艺进行绝缘包扎。经过对该变压器进行基本性能测试,满足并网试验运行要求。

中国广域范围内大规模太阳能和风能各时间尺度下的时空互补特性研究

中国的风能和太阳能等可再生能源资源非常丰富。大规模具有波动性的电源接入电网将会给电网的安全稳定运行带来挑战。但是合理利用广域范围内风能和太阳能等资源的时空互补性可以有效降低其输出功率波动。基于中国气象局提供的大量气象站点实测小时级别风速和太阳辐射强度数据,分析和研究了不同组合场景下广域范围内的风电和太阳能资源之间的时空互补性。研究表明在不同时间尺度下(月,日,小时)中国大陆北部和东部沿海广域范围内风能和太阳能资源具有良好时空互补性,其中日时间尺度下互补性最强。同时,在各时间尺度下这两种可再生能源装机容量存在着使其时空互补性最强的组合比例。再者,分散区域越大,风电所占比重越大的组合场景小时时间尺度的时空互补性越强。

未来电网—多层次直流环形电网与“云电力”

化石能源的日益枯竭和环境压力的日益增加,将促使人类从传统能源向以可再生能源为主的清洁能源过渡。可再生能源资源及电力负荷的空间分布特点,决定了未来电网将呈现大电网与分布式电网平行发展的格局;同时,由于可再生能源具有不稳定性的特征,从而对电网的实时功率平衡与调度带来了重大的挑战。因此,为了保障电力供应,人们认识到必须对现有电网进行升级改造,其中,选择合理的电网结构是升级电网的重要手段。基于我国的现实情况,本文提出了未来电网的多层次直流环形电网结构,并进一步对"云电力"的概念进行了讨论,供参考和商讨。

10kA高温超导电缆系统绝缘

为确定10kA直流高温超导电缆(10kA超导电缆)本体和测控系统绝缘水平,讨论了其本体结构特点和电场分布特点以及绝缘水平的影响因素;对Pt100型铂电阻温度传感器进行了耐压、耐流试验;构建了由模型电缆和模拟测控回路组成的系统并对其进行耐压试验。结果表明温度传感器在5kV情况下耐压情况良好,但较大电流容易导致其损坏;高压下普通密封转换端子外壳对温度传感器针脚放电并导致传感器损坏,需设计专用密封端子。研究认为10kA超导电缆本体绝缘设计需适当提高绝缘耐压水平,测控系统浮电位设计满足10kA超导电缆工作状态下的测控需要,但测控系统绝缘设计中需防止产生因高压产生的局部放电电流加载于测量回路,10kA超导电缆系统集成后进行的系统耐压测试表明其绝缘系统满足运行要求。

一种改进串联谐振型限流器

串联谐振型限流器(Series-Resonant type Fault Current Limiter,SRFCL)实现故障限流的关键是电容器的旁路(或短路)操作。本文通过引入双分裂电抗器,改变了电容器的旁路方法,实现了对串联谐振型限流器拓扑的改进。在理论上,分析了改进型串联谐振型限流器工作原理,并详细研究了限流过程中双分裂电抗器的电感变化特点。研究了电网稳态时双分裂电抗器绕组自感对限流电抗器和电容器的谐振关系的影响,和故障限流过程中绕组漏感对限流器的限流能力的调节作用和对电容器过流的抑制作用。通过建模仿真,分析了双分裂电抗器的漏感和电容器振荡电流的频率和幅值关系,研究了避雷器(MOV1和MOV2)残压与线路电流和电容器电流的关系。最后,在参数优化的基础上,设计和研制了一台400V改进型串联谐振型限流器样机,测试结果表明了双分裂电抗器能够提高串联谐振型限流器的可靠性和限流能力。

超导电缆绝缘及其材料性能

在26篇文献的基础上综述了超导电缆本体及终端结构和绝缘特点。分析了不同绝缘结构的特点及主要绝缘材料常温和低温条件下的电气及机械性能。固体绝缘在低温下具有更优异的电气性能,但机械性能下降。EPR绝缘在液氮低温下的机械性能优于同条件下PE及XLPE的性能。液氮浸渍复合绝缘结构较易产生局部放电,纤维基绝缘材料的耐局部放电性能比薄膜材料差。提高液氮浸渍复合绝缘中液氮的压力可提高绝缘层局部放电的起始放电电压。

中国广域范围内风能资源短时间尺度的时空互补特性调查研究

风能资源所具有的间歇性和波动性的特性致使风电输出功率具有很大程度的随机性和难以预测性。将这种大规模的波动电源接入电网会给电力系统安全稳定运行带来诸多不利影响。近些年来利用广域范围内风能资源时空互补特性平滑大规模风能输出功率波动已引起国内外学者的广泛关注。中国小时级别及以上时间尺度下的风能资源时空互补性已得到了初步的调查研究,但小时级别以下时间尺度下的时空互补性有待进一步研究。因此,基于中国气象局提供的气象风速数据,本文结合各种统计方法和指标调查研究了中国广域范围内风能资源短时间尺度(1min)的时空互补特性。

关于发展高温超导输电的建议

为解决我国日益突出的能源资源和负荷分布不均的矛盾,提高能源、环境和经济等综合利用效率,中国科学院学部于2011年12月设立了"高温超导输电"的咨询项目,力求前瞻思考和探讨高温超导输电的可行性并为国家发展此项前沿技术提供咨询意见。本项目在严陆光院士的主持下,组织20多位院士和专家,经过一年多的深入调研和研讨,形成了《关于发展高温超导输电的建议》咨询报告。报告分析了国内外高温超导输电技术发展和示范应用情况,认为高温超导输电具有大容量、低损耗、体积小、重量轻、系统可靠性高、节约资源、环境友好等优势,有望在我国未来电网发展中发挥重要作用。报告还针对我国相关技术和政策等方面的问题,提出了我国发展高温超导输电路线图和设立"高温超导输电"项目等政策建议。

面向风电场的超导限流-储能系统

双馈式感应发电机具有体积小、重量轻、成本低等突出优点,目前已成为风电场中的主力机型。然而双馈式感应发电机存在低电压穿越能力弱和功率输出不稳定两大问题。为了同时解决这两个问题,提出了集成于单台风力发电机的超导限流—储能系统原理。进一步将该原理运用于风电场,并开展实际样机的研制。分析了超导限流—储能系统在风电场应用的工作原理,提出了适用于风电场的拓扑结构和其中桥路型限流器的参数设计方法,并开展了针对实际风电场应用的仿真研究。仿真结果证明了该方案的有效性和可行性。

2000安高温超导输电电缆的研制

介绍了 6m长 2 0 0 0A高温超导直流电缆———Bi 2 2 2 3/Ag带材的主要性能和该高温超导输电电缆的设计、绕制和试验结果。电缆的导体由 8层共 2 38根Bi 2 2 2 3/Ag带材在不锈钢波纹管骨架上螺旋绕制而成 ,导体的内径为 4 1 5mm ,导体层间绝缘 ,导体层外侧有低温电绝缘。电缆芯的外径为 4 8mm ,它安装在低温容器内 ,并与两个终端相连。电缆的直流耐压大于 2 .5kV。在液氮下的实验表明 ,电缆的临界电流为 2 4 80A ,n值为 7.7,接头总电阻为 0 .1μΩ ,均优于设计指标。在 1h传输 2kA电流的运行中 ,电缆的传输特性稳定。经 4次热循环 ,电缆的临界电流没有降低。

基于国产YBCO带材的高温超导发电机的研制

随着可再生能源工业的发展对发电机技术提出更高容量和更大功率密度的需求,高温超导发电机在海上风力发电机领域有着广阔的应用前景。中国科学院电工研究所与上海电气集团上海电机厂有限公司合作研究高温超导发电机技术并研制基于国产YBCO带材的500 kW高温超导发电机原理样机。500 kW高温超导发电机为首台基于国产YBCO超导带材的高温超导发电机。目前,超导发电机已经完成研制工作并进行满负荷运行测试,电机运行良好,各项指标依据国标测试达到预期值。该文着重介绍500 kW高温超导发电机系统的研制工作,其中包括国产YBCO带材和9%Ni低温导磁钢的电磁特性研究,超导励磁绕组的优化设计和研制,同时介绍500 kW高温超导发电机的系统级测试工作,包括空载特性、负载特性、满载效率,并给出相应实验测试结果。

集成SMES和CS-SGSC的双馈型风力发电系统

双馈型风力发电机面临能量输出不稳定和低电压穿越能力弱2个主要问题。为了同时解决这2个问题,提出了一种集成超导储能系统和电流型串联网侧变流器的双馈型风力发电系统。该系统利用超导磁体作为能量储存和缓冲环节,提高了能量输出的稳定性;利用电流型串联网侧变流器实现了对定子电压的保护,提升了双馈型风力发电机的低电压穿越能力。仿真结果证明了该拓扑结构及其控制策略的有效性。

微细粒锡石-石英疏水凝聚研究

本文研究了油酸钠在微细粒锡石、石英表面的吸附状况及在有油酸钠存在的条件下，锡石、石英以及锡石和石英粒子之间的互凝。通过理论计算用扩展的DLVO理论进行了验证，并对DLVO和扩展的DLVO理论在浮选剂存在条件下矿粒行为的预测进行了比较。

大力发展高电压、长距离、大容量高温超导输电的建议

高温超导输电有着一系列重要的优越性,作为一种具有重大前景的新技术,需要大力推动高温超导输电有关工作并进行统一规划和认真部署。本文提出建议将"高电压,长距离,大容量高温超导输电"作为国家重大专项列入国家计划。

ITER装置超导磁体线圈导体用超导电缆的绞制

超导磁体系统是国际热核聚变实验堆ITER装置的重要组成部分,其超导磁体线圈采用CICC(cable-in-conduit conductors)导体绕制而成。本文介绍了CICC导体的结构及其管内超导电缆的绞制过程,讨论了绞制参数对超导电缆交流损耗的影响。分析了绞制过程中放线张力和模具设置等因素对结构参数控制及其绞制质量的影响,第1、2级子缆绞制过程中绞制单元收、放线张力需要实时精准控制以避免绞线单元发生伸细甚至拉断现象,成品超导电缆绞制时的模具设置、模具数量和外径控制方法是超导电缆绞缆的关键,需要多种、多个模具多种组合外径控制方式,确定了超导电缆绞制技术方案,并成功完成了一根长度为765m PF5型哑缆(dummy cable)研制。

YBCO涂层导体工频下过电流失超特性

为了探索YBCO涂层导体在液氮温度77K和50Hz工频下的电力应用,实验研究YBCO涂层导体在不同过流冲击条件下的失超特性。YBCO涂层导体与电阻并联,再与变压器串接,电流冲击由晶闸管控制导通和关断。当晶闸管开通后,超过临界电流10倍以上的工频脉冲电流通过YBCO涂层导体持续数十至数百毫秒,记录样品上的瞬态电压电流波形。实验结果表明,在第1个半周波内,基材电阻率大的样品具有明显的限流效果,而基材电阻率小的样品没有明显的限流作用。