江苏省科技计划项目验收申请表

 

 

 

BY2011157

具有自保护功能的低功耗快恢复型超导故障流器关键技术研究

东南大学 (盖章)

2014-11-27

 

 

 

江苏省科学技术厅

○○八


一、基本信息

1、项目概况

单位名称

东南大学

所在地区

江苏省南京市

主管部门

东南大学

通信地址

南京市四牌楼2号

联系人

梅军

联系电话

13611501123

邮政编码

210096

电子信箱

mei_jun@seu.edu.cn

单位性质

2

1. 大专院校  2. 科研院所  3. 企业  4. 其他

项目起始时间

2011-9

项目计划完成时间

2013-12

验收形式

3、网评

验收时间

2014-12-01

验收地点

东南大学

成 果 形 式

(可选多项)

1

2

4

9

         

1. 论文论著                   2. 研究(咨询)报告

3. 新产品(或农业新品种)       4. 新装置

5. 新材料                     6. 新工艺(或新方法、新模式)

7. 计算机软件                 8. 技术标准

9. 专利                       10. 其它

专利申请()

发 明

2

实用新型

0

外观设计

0

专利授权()

发 明

2

实用新型

2

外观设计

0

发表论文(篇)

论文总数

科学引文索引(SCI

工程索引(EI

9

0

5

出版科技著作

0  (部)

制定技术标准

0  (个)

新 产 品

0  (个)

  其中:国标

0  (个)

建成新装置

1  (套)

农业新品种

0  (个)

软件著作权

0  (项)

新 工 艺

0  (项)

 

2. 项目负责人情况:

 

性别

出生年月

专 业

学 历

职 称

联系电话

梅军

1971-08-29

电力电子与电力传动

博士

副高

13611501123

 

 

 

 

 

 

 


3. 项目研发人员情况:                                    单位:人

项目研发人员总数

15

  其中:博士

0

       硕士

7

  其中:高级职称

2

       中级职称

3

其中:在校研究生

3

留学归国人员

0

外籍人才

0

 

4.项目实际到位经费情况:                              单位:万元

 

项目

总经费

其中

省拨款

单位自筹

部门、地方配套

其他来源

预算总额

(按合同自动生成)

160

50

110

0

0

已到位数

160

50

110

0

0

 

5.项目经费支出情况:                                  单位:万元

 

经费支出

其中:省拨款

备注

1、人员费

24

7.5

 

2、设备费

28

3.2

 

3、材料费

32

18.4

 

4、测试化验加工费

16

0

 

5、燃料动力费

20

1.7

 

6、差旅费

10

5.9

 

7、会议费

10

1.5

 

8、出版费

10

7.3

 

9、管理费

8

2.5

 

10、其他费用

2

0.3

 

合计:

160

48.3

 

 


6. 项目获奖情况

 

特等奖

一等奖

二等奖

三等奖

国家自然科学奖

0

0

0

0

国家发明奖

0

0

0

0

国家科技进步奖

0

0

0

0

国家部门科技进步奖

0

0

0

0

省科技进步奖

0

0

0

0

注:重大研发机构、高技术研究重点实验室、工程技术研究中心、公共技术服务平台项目填写建设期间的累计获奖数。

 

7. 主要技术指标完成情况

技术指标名称

合同技术指标

技术指标实际完成情况

样机

东南大学

制作一台样机

样机一台

自触发时间

东南大学

<5ms

<5ms

故障峰值电流限制百分比

东南大学

40%

>40%

系统恢复时间

东南大学

400ms

<400ms时基本恢复

 

8. 主要经济指标完成情况

经济指标名称

单 位

合同经济指标

经济指标实际完成情况

新增产值

万元

 

 

新增销售额

万元

 

 

新增利税

万元

 

 

新增出口创汇

万美元

 

 

新增服务收入

万元

 

 

 

9. 主要建设任务完成情况

建设任务名称

合同建设任务

建设任务实际完成情况

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

注:主要建设任务完成情况由重大研发机构、高技术研究重点实验室、科技公共服务平台、工程技术研究中心项目填写,其他项目不填写。


二、主要研究内容及研究成果

 

1、主要研究内容

(1) 超导故障限流器短路实验系统的设计
为验证直流励磁式磁控电抗器的工作效果,本课题组设计短路实验平台,模拟磁控电抗器工作于正常线路和短路线路时的状态。
(2) 超导故障限流器电流引线技术研究
研究了超导装置电流引线的基本结构和分类,说明了电流引线的设计方法,分析了国内电流引线的发展现状和发展水平,并针对一元引线和二元引线的基本形式,进行了相应的漏热量、制作工艺、机械性能和经济性的综合考量,介绍了温度差导致的传导热Qc,通流时产生的焦耳热Qd和冷却方式对一元引线漏热的影响情况,同时说明了二元引线的基本模型和交流损耗的机理。
(3) 超导故障限流器低温系统的设计
超导故障限流器电流引线技术研究通过从制冷机的选用、制冷机的冷却方式与制冷机与高温超导(磁)体之间的耦合三个方面阐述了用于超导电力装置中冷却高温超导(磁)体的低温制冷机及其选用原则;又分类介绍了现在的浸泡冷却技术;最后说明的超导电力应用低温容器的选用与设计。为超导电力应用制冷系统的设计提供了依据。
(4) 超导故障限流器拓扑结构研究
研究了基本的超导故障限流器的拓扑结构,如电阻型、桥路型、饱和铁心型、磁通锁型三相电抗器型以及磁屏蔽型超导故障限流器,根据其特点大致分为失超型和非失超型超导故障限流器并分析了其优缺点,为进一步研究提供理论依据;针对桥路型二极管不对称引起的电流不平衡的特点,提出了改进结构。
(5) 新型超导故障限流器的设计
研究了快速开关型自保护快恢复功能的超导故障限流器,并针对主要部分快速开关进行了结构设计;利用铁芯气隙的性能,设计了动铁磁特性的自保护快恢复型超导故障限流器,通过Jmag仿真,在故障后超导体的导通时间较短,具有较好的失超恢复速度;最后设计了一种具有串补功能的自保护快恢复型超导故障限流器,仿真分析具有较好的串联补偿和限流功能,在此基础上设计了一台小型原理性样机。
(6) 超导材料特性对超导故障限流器性能影响研究
本章主要介绍了超导材料的零电阻、迈斯纳效应以及约瑟夫森效应的相关基本特性,说明了超导体发生超导/正常转变的临界温度、临界磁场和临界电流三个临界参量,并对超导材料的相关研究进展进行了必要的分析介绍,同时说明了相关超导材料各领域的应用情况,对应用于故障限流的MgB2材料的超导特性和失超特性进行了研究,并总结了超导装置的过电流失超保护的相关方案。

2、获得研究成果情况:专利(专利名称、专利号、申请授权时间、主要完成人等);标准(标准名称、编号、发布部门、发布时间、主要完成人等);论文(论文名称、主要完成人、发表刊物名称、发表时间、影响因子等);科技专著(专著名称、出版单位、时间、主要完成人等);新产品、农业新品种、新工艺、新装置等(名称、认定部门、主要完成人等);软件著作权(著作权名称、著作权号、申请授权时间、主要完成人等)

专利
1、一种具有自保护功能的复合型超导故障限流装置 发明授权 ZL201010586960.2
2、一种基于新型超导材料的阻抗复合型超导故障限流器 发明授权 ZL201010586957.0
3、一种具有均流效果的桥路型故障限流器 发明受理 CN201210428261.4
4、具有潮流控制和短路限流功能的铁芯电抗调节器 发明受理 CN201310412277.0
5、一种具有自保护功能的复合型超导故障限流装置 实用新型授权 ZL201020658289.3
6、一种基于新型超导材料的阻抗复合型超导故障限流器 实用新型授权 ZL201020658285.5
7、一种具有均流效果的桥路型故障限流器 实用新型授权 ZL201220571103.X
8、具有潮流控制和短路限流功能的铁芯电抗调节器及其控制方法, 实用新型授权 ZL201320564723.5
论文
[1]姚磊,郑建勇,梅军,王佳成,徐友. 基于MgB2的新型电阻型超导故障限流器的研制和性能分析[J]. 电力系统自动化,2014,14.(EI).
[2]姚磊,梅军,王佳成,郑建勇,徐友. 基于新型铁心控制的配电系统串联补偿故障限流装置的仿真分析[J]. 电网技术,2013,09:2507-2514. (EI).
[3] Yao, Lei ; Mei, Jun; Zheng, Jian Yong; Liu, Bin. Experiment of a Resistive Superconducting Fault Current Limiter Based on MgB2 Under Different Supply Voltages. Advanced Materials Research,2013,721.(EI).
[4]刘宾,梅军,郑建勇,姚磊. SFCL接入电网对接地短路阻抗继电器接线的影响[J]. 电力自动化设备,2013,06:108-112 (EI).
[5]Mei, Jun ; Liu, Bin; Zheng, Jianyong; Yao, Lei. Study on a new setting method of distance relay with superconducting fault current limiter adapt in the grid, Advanced Materials Research, 2012,588-589.(EI).
[6] 刘宾,梅军,郑建勇,姚磊. 超导故障限流器接入电网后单相接地短路距离保护整定的改进措施[J]. 华东电力,2012,05:793-798. (核心).
[7]朱喆华,梅军,姚磊,姚成. 超导储能和超导限流器在电力系统应用中的比较[J]. 电工电气,2011,08:33-35+43.
[8]姚成,梅军,姚磊,朱喆华. 桥式故障限流器的研究[J]. 电工电气,2010,05:13-16+28.
[9]王佳成,姚磊,梅军,郑建勇,于泳. 超导限流器短路实验的平台搭建及实验项目的实现[J]. 电工电气,2013,10:10-13.


三、目标任务完成情况

 


1. 主要解决的关键技术与创新点

1、超导故障限流器短路实验系统的设计
(1)设计信号调理和数据采集系统,选择霍尔传感器负责测量,信号经过调理电路,使用AD7656进行AD采样,并使用DSP作为主控制器。设计了手动复位的直流线圈电流硬件保护电路,防止DSP死机时失去对电流控制的能力。
(2)设计DSP下位机软件。下位机程序实现数据采集,直流电流控制,主电路控制等功能,并通过串口与上位机通信。下位机程序采用双滞环比较控制技术对直流线圈电流进行控制。
(3)设计上位机软件。上位机软件是基于MFC的程序,主要实现对下位机控制,接收下位机程序的数据及数据图像的绘制和保存。上位机采用CserialPort类进行串口通信并利用Teechart控件绘制图像。
2、超导故障限流器电流引线技术研究
主要对电流引线的设计方法进行了较详细的介绍,分别说明了一元全金属引线和二元金属-高温超导电流引线的热量分布模型,并在此基础上讨论了一元电流引线的漏热情况和二元电流引线结构与交流损耗情况,为相应二元引线高温超导段的基本生产工艺研究打下了基础。
3、超导故障限流器低温系统的设计
通过从制冷机的选用、制冷机的冷却方式与制冷机与高温超导(磁)体之间的耦合三个方面阐述了用于超导电力装置中冷却高温超导(磁)体的低温制冷机及其选用原则;又分类介绍了现在的浸泡冷却技术;最后说明的超导电力应用低温容器的选用与设计。为超导电力应用制冷系统的设计提供了依据。
4、超导故障限流器拓扑结构研究
对超导故障限流器进行了总结和分析,并对针对桥路型二极管不对称引起的稳态电流不平衡的情况,对桥路型超导故障限流器的结构进行了改进。超导故障限流器结构的改进。传统的超导故障限流器有桥路型、饱和铁心型等结构,这些限流器均存在一定的不足,为了解决几种传统的超导故障限流器的不足,提出了几种新型超导故障限流器。
5、超导材料特性对超导故障限流器性能影响研究
主要说明了超导材料的基本特性和应用情况,重点说明了应用于故障限流的MgB2材料的超导特性和失超特性,并对超导体失超条件的相关模型进行了数学分析,最后设计了相应的超导装置的过电流失超保护模型,研究了失超电流-时间特性对失超保护的影响。
6、超导故障限流器电流引线技术研究
主要对电流引线的设计方法进行了较详细的介绍,分别说明了一元全金属引线和二元金属-高温超导电流引线的热量分布模型,并在此基础上讨论了一元电流引线的漏热情况和二元电流引线结构与交流损耗情况,为相应二元引线高温超导段的基本生产工艺研究打下了基础。

 

2. 主要技术与经济指标完成情况

项目预期技术指标为:新型超导故障限流器仿真系统与短路实验平台各一套。发表国内外核心期刊收录学术论文4-5篇。申请专利4项,其中发明专利2项。填补国内空白,达到国际先进水平。
通过项目研究,目前已超额完成预期目标。开发了新型超导故障限流器仿真系统和超导故障限流器短路实验平台,进行了短路实验。发表国内外核心期刊论文5篇,1篇中文核心期刊收录;已录用EI会议文章2篇,国内EI期刊论文3篇;发明专利授权2件,实用新型专利4件;受理发明专利2件。

 

3. 项目实施的经济、社会效益

项目的实施可以有效地降低故障电流,快速的检测和响应。从而大大降低因电网改造而增加的成本。对于维护电网安全运行,电力系统稳定,有重大的作用,进而对稳定社会秩序,维护人民的正常生活也起到积极的作用,充分体现国家社会和谐发展的思路。一方面在电网正常运行时,超导材料处于无阻抗状态,没有电压损失和功率损耗,提高电力系统的运行效率,经济性好;当电网发生故障后,限流装置立即响应变为高阻抗状态,降低了电网因短路故障而带来的冲击,提高了电网的安全性,保证电力系统可靠性。

 


四、项目主要参加人员名单

 

 

性别

出生年月

技术职称

学历

工作单位

承担的主要研究任务

本人签名

梅军

1971-08-29

副教授

博士

东南大学电气工程学院

系统实现方案设计

郑建勇

1966-01-10

教授

博士

东南大学电气工程学院

控制系统设计

姚磊

1983-05-15

博士研究生

硕士

东南大学电气工程学院

限流器结构设计

王佳成

1988-10-21

硕士研究生

学士

东南大学电气工程学院

SFCL对电力系统的影响及优化配置的研究;

钱滢锋

1990-01-29

硕士研究生

学士

东南大学电气工程学院

超导限流装置研制及测试

赵晔

1991-01-07

硕士研究生

学士

东南大学电气工程学院

超导限流装置测试

姚成

1985-06-12

硕士研究生

硕士

东南大学电气工程学院

高温超导材料测试

朱喆华

1987-12-03

硕士研究生

硕士

东南大学电气工程学院

SFCL对继电保护影响的研究

刘宾

1988-01-05

硕士研究生

硕士

东南大学电气工程学院

SFCL对继电保护影响的研究;

徐友

1978-04-29

博士研究生

硕士

东南大学电气工程学院

材料调研

梅飞

1982-10-01

博士研究生

硕士

东南大学电气工程学院

材料调研

邓凯

1986-12-24

博士研究生

硕士

东南大学电气工程学院

材料调研

丁晓林

1975-05-23

中级

学士

常州博雷盛电气科技有限公司

材料调研

张亮

1982-10-21

初级

其他

常州博雷盛电气科技有限公司

材料调研

万柏松

1982-09-23

初级

其他

常州博雷盛电气科技有限公司

材料调研



1、东南大学

2、常州博雷盛电气科技有限公司

 

江苏省科技计划项目验收申请表

科技项目合同

项目实施工作总结报告

项目技术总结报告

专项经费审计报告

项目完成与应用情况报告

相关附件


 

 

 

 

 

 

                        单位负责人签字:              (单位盖章)

                                                     

                                                          

 

 

 

 

 

 

                    处负责人签字:                (部门盖章)

                                                    

                                                          

 

 

 

 

 

 

                           处负责人签字:                (部门盖章)

                                                    

                                                          

 

 

 

 

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