超导磁储能能量交互模型及其应用研究
发布时间：2023-10-29 20:47
超导磁储能系统具有高储能效率、高功率密度、快响应速度的应用优势,在未来智能电网中的高效、快速、智能化能量调控应用中具有重要的研究和应用价值。然而,由于超导磁储能系统中的超导磁储能磁体部分属于应用超导领域,而功率调节系统部分则属于电气工程领域,学科之间的差异极大地限制了超导磁储能系统的广泛应用。为此,本文基于电路-磁场-超导体耦合分析方法,构建了超导磁储能能量交互模型和实验平台,实现了以上两个研究领域之间的紧密耦合和友好桥接,并依此拓展了超导磁储能系统在各种电力系统应用中的实用方案设计及应用可行性分析。本文的主要研究内容、贡献和创新点可分为以下四大部分。1.从能量交互分析的角度出发,提炼出超导磁储能系统用于解决各种电力系统问题的本质特征,并利用能量守恒和等效电路变换原则,构建了超导磁储能系统的能量交互电路模型,为从事超导技术领域应用的研究人员提供了与实际电力系统相等效的能量交互电路模型,更利于研究人员进行超导磁体的各向异性分析、交流损耗计算、线圈结构优化设计及制冷系统优化设计等。2.从电路-磁场-超导体耦合分析的角度出发,根据实际能量交互过程中的超导磁储能磁体运行特性和规律,建立了各向异...
【文章页数】：202 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
第一章 绪论
1.1 超导磁储能系统研究的背景与意义
1.2 超导磁储能系统的国内外研究历史与现状
1.3 本论文的主要贡献与创新
1.4 本论文的结构安排
第二章 超导磁储能系统的电路模型
2.1 超导磁储能基本原理和装置结构
2.2 超导磁储能功率调节系统
2.2.1 基本电路拓扑与工作原理
2.2.2 等效电路变换原理与实现
2.3 能量单向型电路模型
2.3.1 工作原理与数字化控制
2.3.2 充电状态电路分析
2.3.3 储能状态电路分析
2.3.4 放电状态电路分析
2.3.5 受控充放电过程仿真分析
2.4 能量双向型电路模型
2.4.1 工作原理与数字化控制
2.4.2 充电状态电路分析
2.4.3 储能状态电路分析
2.4.4 放电状态电路分析
2.4.5 能量交互过程仿真分析
2.5 超导磁储能系统的能量交互动态电路模型
2.6 超导磁储能系统的能量交互稳态电路模型
2.6.1 含理想直流斩波器的能量交互过程分析
2.6.2 含传统直流斩波器的能量交互过程分析
2.6.3 含桥式直流斩波器的能量交互过程分析
2.7 本章小结
第三章 超导磁储能系统的超导体模型及磁场模型
3.1 超导体的临界参数
3.2 超导体的各向异性
3.2.1 基本概念及特性
3.2.2 液氮温度下的经验公式
3.2.3 任意温度下的经验公式
3.3 超导体的交流损耗
3.3.1 分类及内在机理
3.3.2 磁滞损耗
3.3.3 磁通流动损耗
3.3.4 耦合损耗
3.3.5 涡流损耗
3.4 超导磁体的磁场模型
3.4.1 数值计算模型
3.4.2 解析计算模型
3.5 本章小结
第四章 电路-磁场-超导体耦合作用下的能量交互模型及应用
4.1 基本原理与功能描述
4.2 超导磁体的各向异性计算
4.3 超导磁体的交流损耗计算
4.3.1 磁滞损耗
4.3.2 磁通流动损耗
4.3.3 耦合损耗和涡流损耗
4.4 超导磁体的电路-磁场-超导体耦合分析
4.5 本章小结
第五章 超导磁储能能量交互实验平台搭建与测试分析
5.1 实验平台整体设计与原理描述
5.2 高温超导磁体性能参数
5.3 强电操作硬件模块设计与实现
5.3.1 直流斩波器
5.3.2 等效负载网络
5.3.3 强电操作模块的接线方式
5.4 弱电监控硬件模块设计与实现
5.4.1 电压电流采样电路
5.4.2 过压过流保护电路
5.4.3 功率开关驱动电路
5.4.4 弱电模块供电电源
5.5 数字化软件控制设计与实现
5.5.1 基本数字化控制策略
5.5.2 含线性预测模块的数字化控制策略
5.6 实验平台搭建与实验内容
5.7 能量交互实验测试及结果分析
5.7.1 受控能量吸收
5.7.2 受控能量释放
5.7.3 受控能量交互
5.8 能量交互过程中的交流损耗分析
5.9 本章小结
第六章 液氢燃料电池汽车的能量交互应用
6.1 技术背景
6.2 液氢燃料电池汽车系统构架及原理
6.2.1 基本结构与工作原理
6.2.2 车载能量交互策略
6.3 车载超导磁储能磁体设计
6.4 车载超导磁储能系统的能量交互电路设计
6.4.1 功率电子开关的室温和低温特性分析
6.4.2 系统拓扑及低温直流斩波器
6.4.3 等效能量交互电路模型
6.5 车载能量交互仿真分析
6.5.1 汽车初始启动时的能量交互效果分析
6.5.2 汽车正常行驶时的能量交互效果分析
6.5.3 汽车刹车制动时的能量交互效果分析
6.6 本章小结
第七章 低压直流微型电网的能量交互应用
7.1 技术背景
7.2 低压直流微型电网系统构架及原理
7.2.1 基本结构与工作原理
7.2.2 微型电网能量交互策略
7.3 微型电网用超导磁储能磁体设计
7.4 低压直流微型电网的能量交互电路建模
7.4.1 超导直流电缆建模
7.4.2 超导磁储能系统建模
7.4.3 超导磁储能-超导直流电缆复合系统建模
7.5 微型电网功率波动情况下的能量交互仿真分析
7.5.1 电源功率波动时的能量交互效果分析
7.5.2 负载功率波动时的能量交互效果分析
7.6 微型电网短路故障情况下的限流效果仿真分析
7.6.1 超导直流电缆的限流效果分析
7.6.2 超导磁储能-超导直流电缆复合限流效果分析
7.7 本章小结
第八章 未来智能电网的能量交互应用展望
8.1 技术背景
8.2 智能电网系统的能量交互应用概述
8.2.1 超导磁储能系统的五种应用场合
8.2.2 超导磁储能系统的四种应用模式
8.3 智能局域电网概念设计
8.4 智能电网用超导磁储能磁体概念设计
8.5 智能电网综合能量交互仿真分析
8.5.1 发电侧的日负载均衡
8.5.2 输电侧的负载波动补偿
8.5.3 配电侧的电压波动补偿
8.5.4 用电侧的电压波动补偿
8.6 本章小结
第九章 全文总结与展望
9.1 全文总结
9.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
本文编号：3858842
【文章页数】：202 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
第一章 绪论
1.1 超导磁储能系统研究的背景与意义
1.2 超导磁储能系统的国内外研究历史与现状
1.3 本论文的主要贡献与创新
1.4 本论文的结构安排
第二章 超导磁储能系统的电路模型
2.1 超导磁储能基本原理和装置结构
2.2 超导磁储能功率调节系统
2.2.1 基本电路拓扑与工作原理
2.2.2 等效电路变换原理与实现
2.3 能量单向型电路模型
2.3.1 工作原理与数字化控制
2.3.2 充电状态电路分析
2.3.3 储能状态电路分析
2.3.4 放电状态电路分析
2.3.5 受控充放电过程仿真分析
2.4 能量双向型电路模型
2.4.1 工作原理与数字化控制
2.4.2 充电状态电路分析
2.4.3 储能状态电路分析
2.4.4 放电状态电路分析
2.4.5 能量交互过程仿真分析
2.5 超导磁储能系统的能量交互动态电路模型
2.6 超导磁储能系统的能量交互稳态电路模型
2.6.1 含理想直流斩波器的能量交互过程分析
2.6.2 含传统直流斩波器的能量交互过程分析
2.6.3 含桥式直流斩波器的能量交互过程分析
2.7 本章小结
第三章 超导磁储能系统的超导体模型及磁场模型
3.1 超导体的临界参数
3.2 超导体的各向异性
3.2.1 基本概念及特性
3.2.2 液氮温度下的经验公式
3.2.3 任意温度下的经验公式
3.3 超导体的交流损耗
3.3.1 分类及内在机理
3.3.2 磁滞损耗
3.3.3 磁通流动损耗
3.3.4 耦合损耗
3.3.5 涡流损耗
3.4 超导磁体的磁场模型
3.4.1 数值计算模型
3.4.2 解析计算模型
3.5 本章小结
第四章 电路-磁场-超导体耦合作用下的能量交互模型及应用
4.1 基本原理与功能描述
4.2 超导磁体的各向异性计算
4.3 超导磁体的交流损耗计算
4.3.1 磁滞损耗
4.3.2 磁通流动损耗
4.3.3 耦合损耗和涡流损耗
4.4 超导磁体的电路-磁场-超导体耦合分析
4.5 本章小结
第五章 超导磁储能能量交互实验平台搭建与测试分析
5.1 实验平台整体设计与原理描述
5.2 高温超导磁体性能参数
5.3 强电操作硬件模块设计与实现
5.3.1 直流斩波器
5.3.2 等效负载网络
5.3.3 强电操作模块的接线方式
5.4 弱电监控硬件模块设计与实现
5.4.1 电压电流采样电路
5.4.2 过压过流保护电路
5.4.3 功率开关驱动电路
5.4.4 弱电模块供电电源
5.5 数字化软件控制设计与实现
5.5.1 基本数字化控制策略
5.5.2 含线性预测模块的数字化控制策略
5.6 实验平台搭建与实验内容
5.7 能量交互实验测试及结果分析
5.7.1 受控能量吸收
5.7.2 受控能量释放
5.7.3 受控能量交互
5.8 能量交互过程中的交流损耗分析
5.9 本章小结
第六章 液氢燃料电池汽车的能量交互应用
6.1 技术背景
6.2 液氢燃料电池汽车系统构架及原理
6.2.1 基本结构与工作原理
6.2.2 车载能量交互策略
6.3 车载超导磁储能磁体设计
6.4 车载超导磁储能系统的能量交互电路设计
6.4.1 功率电子开关的室温和低温特性分析
6.4.2 系统拓扑及低温直流斩波器
6.4.3 等效能量交互电路模型
6.5 车载能量交互仿真分析
6.5.1 汽车初始启动时的能量交互效果分析
6.5.2 汽车正常行驶时的能量交互效果分析
6.5.3 汽车刹车制动时的能量交互效果分析
6.6 本章小结
第七章 低压直流微型电网的能量交互应用
7.1 技术背景
7.2 低压直流微型电网系统构架及原理
7.2.1 基本结构与工作原理
7.2.2 微型电网能量交互策略
7.3 微型电网用超导磁储能磁体设计
7.4 低压直流微型电网的能量交互电路建模
7.4.1 超导直流电缆建模
7.4.2 超导磁储能系统建模
7.4.3 超导磁储能-超导直流电缆复合系统建模
7.5 微型电网功率波动情况下的能量交互仿真分析
7.5.1 电源功率波动时的能量交互效果分析
7.5.2 负载功率波动时的能量交互效果分析
7.6 微型电网短路故障情况下的限流效果仿真分析
7.6.1 超导直流电缆的限流效果分析
7.6.2 超导磁储能-超导直流电缆复合限流效果分析
7.7 本章小结
第八章 未来智能电网的能量交互应用展望
8.1 技术背景
8.2 智能电网系统的能量交互应用概述
8.2.1 超导磁储能系统的五种应用场合
8.2.2 超导磁储能系统的四种应用模式
8.3 智能局域电网概念设计
8.4 智能电网用超导磁储能磁体概念设计
8.5 智能电网综合能量交互仿真分析
8.5.1 发电侧的日负载均衡
8.5.2 输电侧的负载波动补偿
8.5.3 配电侧的电压波动补偿
8.5.4 用电侧的电压波动补偿
8.6 本章小结
第九章 全文总结与展望
9.1 全文总结
9.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
本文编号：3858842
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/3858842.html