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超导储能系统的若干关键技术研究

作　者: 王屹
导　师: 赵勇
学　校: 西南交通大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 超导储能超导线圈失超保护整流器直接功率控制静止同步补偿器有源电力滤波器统一潮流控制器
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 87次
引　用: 1次
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内容摘要

超导储能技术即利用超导体制作一个电感,将能量储存在这个电感中。超导储能系统主要由整流器、超导线圈、失超保护装置、冷却装置组成。本文介绍了超导线圈的结构以及超导线圈正常工作需要满足相应的临界条件,给出了超导线圈的电感、磁感应强度、电磁力的计算公式等,为设计者设计超导线圈提供依据。此外还介绍了有限差分法和有限元法计算电磁场问题的基本原理,以及电磁场有限元软件的使用方法。本文的研究内容包括如下几个方面(i)推导了电压型超导储能系统中两电平PWM整流器的数学模型、功率模型和三相交流电路的瞬时功率理论。在详细地阐述了基于电压定向和虚拟磁链的直接功率控制原理的基础上,将直接功率控制运用在超导储能系统中。(ii)通过分析开关矢量在不同扇区中对有功及无功功率的作用,对传统直接功率控制方法进行改进,提出一种新的开关表,并用仿真的方式验证了新开关表的优越性。(iii)研究了三电平PWM整流器的直接功率控制的方法,根据制定两电平PWM整流器的新开关表的方法,给出了改进后的开关表,并进行了仿真研究,并由此给出了基于直接功率控制策略的整流器设计方法。此外,本文还对失超产生的原因进行了讨论,对失超检测和失超保护的方法进行了分析,并研究了以直接功率控制为控制策略的超导储能系统作为静止同步补偿器(STATCOM)、有源电力滤波器(APF)、统一潮流控制器(UPFC)在电力系统中的应用,并以仿真的方式进行了验证。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-15
  1.1 研究背景  10-13
    1.1.1 储能技术简介  10-12
    1.1.2 主要应用领域  12-13
  1.2 超导储能系统简介  13-14
  1.3 本文主要研究内容  14-15
第2章超导线圈  15-22
  2.1 超导线圈的主要结构  15
  2.2 超导线圈的电磁分析  15-18
    2.2.1 电感  16
    2.2.2 磁场  16-17
    2.2.3 电磁力  17-18
    2.2.4 设计方法  18
  2.3 电磁场求解的数值方法  18-22
    2.3.1 有限差分法  18-20
    2.3.2 有限元法  20-22
第3章整流器  22-52
  3.1 数学模型  22-24
  3.2 功率模型  24-27
  3.3 直接功率控制  27-52
    3.3.1 原理  27-30
    3.3.2 开关表机理  30-34
    3.3.3 开关表的改进  34-38
    3.3.4 斩波器控制  38-39
    3.3.5 两种开关表仿真比较  39-41
    3.3.6 基于虚拟磁链的直接功率控制方法  41-44
    3.3.7 主电路设计  44-48
    3.3.8 三电平整流器的直接功率控制方法  48-52
第4章失超保护  52-57
  4.1 失超产生的原因  52
  4.2 失超检测  52-54
  4.3 保护电路  54-57
    4.3.1 主动保护  54-55
    4.3.2 被动保护  55-57
第5章超导储能系统在电力系统中的应用  57-63
  5.1 静止同步补偿器(STATCOM)  57-58
  5.2 有源电力滤波器(APF)  58-60
  5.3 统一潮流控制器(UPFC)  60-62
  5.4 超导储能系统的优势  62-63
结论  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-71
攻读学位期间发表的论文  71

超导储能系统的若干关键技术研究

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