[实用新型]超导磁体模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及超导及模拟装置，尤其是一种替代超导储能磁体构成电压源型PCS（功率调节系统）接口SMES试验装置的超导磁体模拟系统。

背景技术

超导磁储能（superconducting magnetic energy storage，SMES）系统具有高储能效率、快速响应和长寿命的特点，在电力系统中有着美好的应用前景，近年来得到广泛研究。在进行SMES应用研究过程中，SMES试验装置具有重要地位。然而基于超导储能磁体构成的试验装置具有以下方面的不足：

（1）成本高，开发周期长。由于超导材料昂贵，其构成的储能磁体成本很高，目前仍处在$85000～$125000/MJ的水平。此外，超导储能磁体需要低温系统为其提供零下200^°C或更低的环境温度，而低温系统设计和制造技术复杂，其杜瓦瓶、制冷机、冷头、支撑机构等组件对材料和可靠性要求高，进一步增加了成本，延长开发周期。

（2）试验装置易用性低，试验准备时间长。超导储能磁体构成的SMES试验装置由常导态，要经历抽真空、降温等流程，才可以进入超导态。上述流程通常需要十几个小时，甚至更长时间。

（3）试验发生意外时损失大，具有危险性。超导磁体失超时，电阻急剧增大，若处理不当将会在磁体内产生大量的热，导致磁体不可恢复损伤，使得整体试验失败。磁体发出的大量的热使得制冷剂（如液氮）迅速汽化，有发生危险的可能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种解决上述问题的一种方式，公开一种超导磁体模拟系统，替代传统的超导储能磁体构成电压源型PCS接口SMES试验装置。

所述超导磁体模拟系统，用于替代电压源型PCS接口的SMES装置中的超导储能磁体，其特征是：由常规磁体、负阻器和可控电压源串联构成，所述负阻器用于抵消常规磁体中的等效电阻，所述可控电压源用于放大常规磁体电感量。

作为实施例，所述负阻器由电流源型变流器与采样电阻并联构成，所述电流源型变流器由电力电子开关的三相桥式结构的正向输出端串联滤波电感构成，设定电流源型变流器的输出电流i_c为所述超导磁体模拟系统串联回路电流的两倍，用于提供抵消常规磁体中等效电阻的负电阻特性。

作为负阻器的实施例，所述负阻器由三相电压源型变流器替代。

作为可控电压源的实施例，所述可控电压源由斩波器、电容以及连接有蓄电池的buck-boost双向变换电路并联构成，所述斩波器由两条桥臂并联组成，每条桥臂由一个开关管反向串联一个二极管构成，所述斩波器的输出端作为可控电压源的输出端，以通过buck-boost双向变换电路调整电容电压实现电感量放大倍数的调节。

所述负阻器内设的采样电阻为与常规磁体结构尺寸相同的装置，是与常规磁体相同匝数的无感绕法的结构，其绕制导线为与常规磁体相同规格的导线。

作为一种实施例，所述可控电压源中斩波器的控制脉冲由所述SMES装置中的SMES装置斩波器开关管的控制端经反相装置输出得到，以提供与PCS施加到所述超导磁体模拟系统两端的电压同步变化的脉冲电压。

作为另一种实施例，所述可控电压源中斩波器的控制脉冲由控制脉冲生成电路生成，所述控制脉冲生成电路的输入端连接常规磁体的两端，经由跳变沿检测及合成模块的输出端作为可控电压源中斩波器的控制脉冲输入端。

一种buck-boost双向变换电路的实施例是，所述可控电压源中带蓄电池的buck-boost双向变换电路以三相电压源型变流器替代。

本发明的模拟系统中，常规磁体提供模拟系统中电感的基本特性。负阻器用于抵消常规磁体中的电阻，从而使得常规磁体对外表现为纯电感特性，同时实时补充电阻造成的能量耗散。可控电压源实现对常规磁体电感量的放大，即将能量以其它形式存储起来，常规磁体只是存储了总能量中的一部分，从而降低对常规磁体电感量的要求。

本发明针对电压源型功率调节系统PCS接口的SMES试验装置设计一种超导储能磁体模拟系统。该模拟系统采用常规磁体及电力电子开关构成，不使用超导材料因而大幅降低成本；省掉了低温系统因而提高装置易用性，消除潜在危险源，同时减小意外发生时损失，加速恢复过程。

附图说明

图1是基于超导储能磁体构建的电压源型PCS接口的SMES装置主电路拓扑图，

图2是本发明超导储能磁体模拟系统的结构示意图，

图3是本发明超导储能磁体模拟系统中负阻器实施例主电路拓扑图，