超导磁体储能技术探析

超导线圈由于其电阻很小，近似为零，当其承载很大电流时，也不产生功率损耗，因而可以用它来存储大量电能。当电力系统中发电机的发电容量大于系统负载的容量时，可利用超导线圈存储多余的能量，当系统负载的容量大于发电机发出的容量时，将超导线圈储存的能量发回电网，以弥补发电机发电不足的问题。这样发电机的额定功率就可以小于最大负载功率或减小发电机的功率储备。

超导线圈的储存能量为，其电感L和电流都很大，它承载的电流只能是直流。超导储能的电路原理如图7-72所示。采用具有自关断器件的三相桥式电压型AC-DC双向变换器，经过LC滤波电路接到交流电网上，直流侧接一个大电容，再经过由VT₇（VD₇）、VT₈（VD₈）组成的DC-DC电压变换器接到超导线圈L上。

图7-72 超导储能的电路原理

1）当发电机发出的电能过剩时，变换器从交流电网输入交流电能，并将其整流成直流。令T_s为VT₇、VT₈的控制周期，在T_on期间VT₇、VT₈导通，直流电压U_D加到超导线圈上，电流i_D对超导线圈供电，超导线圈的电流I_SC和能量增加。在T_off=T_s-T_on期间，VT₇、VT₈关断，超导线圈经VD₈、VD₇续流，此时，超导线圈两端电压U_EF=0。超导线圈输入的平均功率为P_DC=U_EFI_SC。(www.xing528.com)

2）当电网负载大于发电机发出的电能时，应该使变换器工作在逆变状态，向电网输出交流电能。这时DC-DC变换器将超导线圈储存的能量变换成直流，再经过三相桥式逆变器变为交流，向电网输送交流有功功率。这时i_D（I_D）反向，在整个周期T_s期间VT₇都关断，通过对VT₈进行PWM控制，调节向交流电网输入的功率P_AC。当VT₈关断时（关断时间为T′_off=T_s-T′_on），超导线圈电流I_SC经过VD₈、VD₇向变换器提供直流电能，此时，超导线圈两端电压U_FE=U_D；当VT₈导通时，超导线圈电流I_SC经过VT₈、VD₇续流，超导线圈两端电压U_FE=0，不向交流电网输送有功功率。逆变器输出到电网的交流功率为

P_AC=P_DC=U_FEI_SC=（1-D′）U_DI_SC （7-52）

式中，。