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超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)在繼電保護(hù)測(cè)試儀中的重要應(yīng)用前景
超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)(SuperconductingMagneticEnergyStorage,SMES)利用超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)將電磁能直接儲(chǔ)存起來(lái)，需要時(shí)再將電磁能返回電網(wǎng)或其它負(fù)載，可用于充放電時(shí)間很短的脈沖能量?jī)?chǔ)存。由于超導(dǎo)線圈的電阻為零，電能儲(chǔ)存在線圈中幾乎無(wú)損耗，其儲(chǔ)能效率高達(dá)95%。
SMES系統(tǒng)重要的應(yīng)用就是電力系統(tǒng)?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)在安全穩(wěn)定運(yùn)行方面存在明顯缺陷，原因在于系統(tǒng)中缺乏能夠大量快速存取電能的器件，其致穩(wěn)保護(hù)措施主要依賴于機(jī)組的慣性儲(chǔ)能、微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試儀和其他自動(dòng)控制裝置，基本屬于被動(dòng)致穩(wěn)。SMES作為一個(gè)可靈活調(diào)控的有功功率源，可以主動(dòng)參與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，既能調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻尼力矩又能調(diào)節(jié)同步力矩，因而對(duì)解決系統(tǒng)滑行失步和振蕩失步均有作用，并能在擾動(dòng)消除后縮短暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。由于SMES發(fā)出或吸收一定的功率，可用來(lái)減小負(fù)荷波動(dòng)或發(fā)電機(jī)出力變化對(duì)電網(wǎng)的沖擊，故可作為敏感負(fù)載和重要設(shè)備的不間斷電源，同時(shí)解決配電網(wǎng)中發(fā)生異常或因主網(wǎng)受干擾而引起的配電網(wǎng)向用戶供電中產(chǎn)生異常的問(wèn)題，改善供電品質(zhì)。超導(dǎo)儲(chǔ)能響應(yīng)速度快，能夠大限度地減少不穩(wěn)定電力對(duì)電網(wǎng)的沖擊。SMES適合用于解決風(fēng)電、光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)問(wèn)題。另外，SMES還可以為電力系統(tǒng)提供備用容量，對(duì)于保障電網(wǎng)的安全度及事故后快速恢復(fù)供電具有重要作用。當(dāng)前中國(guó)部分地區(qū)供電形勢(shì)緊張，電網(wǎng)運(yùn)行處于備用不足的狀態(tài)，SMES儲(chǔ)能特性可用來(lái)儲(chǔ)存應(yīng)急備用電力;特別是對(duì)于個(gè)別重要負(fù)荷，SMES作為備用容量可以提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。
超導(dǎo)儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)主要有：①儲(chǔ)能裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件和動(dòng)密封問(wèn)題，因此設(shè)備壽命較長(zhǎng);②儲(chǔ)能密度高，可達(dá)到108J/m3，可做成較大功率的系統(tǒng);③響應(yīng)速度快(1～100ms)，調(diào)節(jié)電壓和頻率快速且容易;④無(wú)噪聲污染，且維護(hù)簡(jiǎn)單等。
超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)的核心在于超導(dǎo)材料。超導(dǎo)材料技術(shù)的發(fā)展是提升超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)的前提。已發(fā)現(xiàn)的高溫超導(dǎo)材料按成分可分為含銅的和不含銅的。含銅超導(dǎo)材料有鑭鋇銅氧體系(TC=35～40K)、釔鋇銅氧體系(按釔含量不同，TC發(fā)生變化。低為20K，高可超過(guò)90K)、鉍鍶鈣銅氧體系(TC=10～110K)、quo鋇鈣銅氧體系(TC=125K)、鉛鍶釔銅氧體系(TC約70K);不含銅超導(dǎo)體主要是鋇鉀鉍氧體系(TC約30K)。目前，采用包套管法制備長(zhǎng)1.0～2.0km的Ag基Bi系多芯復(fù)合超導(dǎo)帶的技術(shù)已比較成熟。工程電流密度達(dá)到100A/mm2(77K)、長(zhǎng)度為100～1000m的Bi系多芯復(fù)合導(dǎo)線已實(shí)現(xiàn)商品化。美國(guó)超導(dǎo)公司已建成年生產(chǎn)能力為900km的Bi系高超導(dǎo)帶材生產(chǎn)線，他們計(jì)劃將高溫超導(dǎo)帶材的價(jià)格降低到10～25美元/kA˙m。如果這個(gè)目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)，屆時(shí)高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)的各種應(yīng)用將*具備實(shí)用化推廣的可能。