High temperature superconducting magnetic energy storage (HTS SMES) is known as an effective solution to significantly decrease the voltage and power fluctuations of grid connected wind power generation system (WPGS). This paper implements an effective control scheme of a back-toback converter with shunt-connected HTS SMES for the frequency regulation of an islanded microgrid. The back-to-back converter is used to connect the WPGS to the grid. A large-scale HTS SMES is linked to the DC side of the back-to-back converter through a two-quadrant DC/DC chopper. An adaptive control strategy is implemented for the back-to-back converter and the two-quadrant DC/DC chopper to improve the efficiency of the whole system. The performance of the proposed control system was evaluated in a test power system using PSCAD/EMTDC. The simulation results clearly show that the back-to-back converter with shunt-connected HTS SMES operates effectively with the proposed control strategy for stabilizing the power system frequency fluctuations.
전기에너지의 저장은 발전효율면이나 전력의 품질향상 등 전력시스템에서 뚜렷한 장점을 가지고 있다. 초전도 에너지 저장장치는 전기에너지를 저장할 수 있는 설비의 하나로 높은 효율과 속응성, 긴 수명 등의 특성으로 전력시스템 적용시 곧 이루어지리라 예상된다. 본 논문에서는 SMES의 국내도입시 필요한 투자정보를 제공하기 위한 최적규모 산정의 알고리즘을 제안한다. 제안한 알고리즘은 SMES의 경제적 운전 양상을 결정하는 확률적 운전모형과 최대원리를 이용한 투자계획모형으로 구성되어 있다.
Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) system is one of the key technologies to overcome the voltage sag, swell, interruption and frequency fluctuation by fast response speed of current charge and discharge. In order to evaluate the characteristics of over mega joule class grid connected High Temperature Superconducting (HTS) SMES system, the authors proposed an algorithm by which the SMES coil could be connected to the Real Time Digital Simulator (RTDS). Using the proposed algorithm, users can perform the simulation of voltage sag and frequency stabilization with a real SMES coil in real time and easily change the capacity of SMES system as much as they need. To demonstrate the algorithm, real charge and discharge circuit and active load were manufactured and experimented. The results show that the current from real system was well amplified and applied to the current source of simulation circuit in real time.
Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) system is one of the key technologies to overcome the voltage sag, swell, interruption and frequency fluctuation by fast response speed of current charge and discharge. In order to evaluate the characteristics of over mega joule class grid connected High Temperature Superconducting (HTS) SMES system, the authors proposed an algorithm by which the SMES coil could be connected to the Real Time Digital Simulator (RTDS). Using the proposed algorithm, users can perform the simulation of voltage sag and frequency stabilization with a real SMES coil in real time and easily change the capacity of SMES system as much as they need. To demonstrate the algorithm, real charge and discharge circuit and active load were manufactured and experimented. The results show that the current from real system was well amplified and applied to the current source of simulation circuit in real time.
Park Myung-Jin;Kwak Sang-Yeop;Kim Woo-Seok;Lee Seung-Wook;Lee Ji-Kwang;Choi Kyeong-Dal;Jung Hyun-Kyo;Seong Ki-Chul;Hahn Song-yop
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제7권4호
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pp.24-27
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2005
Development of a 600 kJ class Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) system is being in progress by Korea Electrotechnology Research Institute(KERI). High temperature superconducting (HTS) wires are going to be used for the windings for the SMES system is presented in this paper. We considered BSCCO-2223 wire for the HTS windings and the operating temperature of the winding was decided to be 20 K which will be accomplished by conduction cooling method using cyro-coolers. Auto-Tuning Niching Genetic Algorithm was adopted for an optimization method of the HTS magnets in the SMES system. The objective function of the optimal process was minimizing total amount of the HTS wire. As a result, we obtained output parameters for optimization design of 600 kJ class SMES under several constrained conditions. These HTS windings are going to be applied to the SMES system whose purpose is stabilization of the power grid.
임계온도가 높아 시스템응용에서 매우 안정한 장점을 지닌 고온초전도(HTS)도체를 이용한 HTS-SMES(Superconducting Magnetic Energy Storage)장치에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다[1]-[2]. 이런 HTS-SMES 장치의 고가성, 복잡성 등 원인에 기인하여 운전에 앞서 장치의 임계전류, 자속유동손실 및 충.방전시 불가피하게 발생되는 교류손실 등과 같은 기본적인 특성들이 선행하여 연구되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 600 kJ급 HTS-SMES코일에 대한 자장분석을 기반으로 코일의 임계전류밀도 분포를 계산하였고 최소 임계전류밀도에 근거하여 코일의 임계전류를 결정하였다. 그 주요 결과를 요약하면 코일에서 자장과 임계전류밀도 분포는 코일의 형상에 무관하게 같은 분포 경향을 보여주며 최소 임계전류밀도는 코일의 top과 bottom의 중심에 위치하며, model코일에서 임계전류의 계산값과 측정값이 비교적 잘 일치하였기 때문에 600 kJ급 HTS-SMES코일도 잘 일치할 것으로 사료된다. 또한 SMES코일을 20 K에서 운전한다고 가정하면 코일 임계전류의 ${\sim}60%$, 4.2 K에서는 ${\sim}40%$에서 각각 운전하게 될 것으로 예측된다.
Recently, voltage sag from sudden increasing loads is also one of the major problems inside the utility network. In order to compensate the voltage sag problem, power compensation device systems could be a good solution method. In case of voltage sag, an energy source is needed to overcome the energy loss caused by the voltage sag. Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) is a very promising source of this energy due to its fast response of charging and discharging time. Before constructing the power electronic delivering system for the SMES, it is necessary to simulate the system to understand its behavior. Nowadays, a lot of devices have been developed to compensate voltage sag such as Dynamic Voltage Restorer (DVR), Distribution Static Compensator (D-STATCOM) and Uninterruptible Power Supply (UPS). In this paper, focus is given only on DVR system which will be simulated by using PSCAD/EMTDC software.
The 600kJ class high temperature superconducting magnetic energy storage (HTS SMES) system is being developed by Korean Electrotechnology Research Institute (KERI). The system is operated in cryogenic temperature and high vacuum condition. The SMS magnet was cooled by conduction cooling method using a Gifford-McMahon cycle cryocooler. Thus, electric insulation design at cryogenic temperature and high vacuum is a key and an important element that should be established to accomplish compact design is a big advantage of HTS SMES. This paper describes the electric insulation design, fabrication and experimental results for a mini model of conduction cooled HTS SMES.
For the development of a small-sized superconducting magnetic energy storage (SMES) system we designed, fabricated and tested the model coil consisting five coils with different features, e.g. winding tensions, bore diameters and materials, cooling channels. The results show that even in the highly pre-stressed small coil A, about 70 % of the coils critical current are degraded. The quench current of the coils A, B and E with narrow cooling channels is two times as high as that of the coil C without them though they are similar except spacers. The test results also indicate that the usual training effect depends on the winding tensions of the coils but the quench characteristic does not change according to materials of a bobbin.
For the development of a small-sized superconducting magnetic energy storage (SMES) system we designed, fabricated and tested the model coil consisting five coils with different features, e.g. winding tensions, bore diameters and materials, cooling channels. The results show that even in the highly pre-stressed small coil A, about 70 % of the coils critical current are degraded The quench current of the coils A, B and E with narrow cooling channels is two times as high as that of the coil C without them though they are similar except spacers. The test results also indicate that the usual training effect depends on the winding tensions of the coils but the quench characteristic does not change according to materials of a bobbin.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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