CN103050213A - 一种超导线圈、超导储能装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁能量存储及控制领域，尤其涉及一种超导线圈、超导储能装置及控制方法。本发明针对现有技术中问题，提供一种超导线圈、超导储能装置及控制方法，具有辅助冷却结构和混合超导导线的超导线圈，构成超导电磁储能装置并通过储能控制装置及控制方法，使得储能装置工作状态按负载变化自动选择，实现数字化控制储能装置的工作状态，进行具有保护功能的、高效的和可靠的控制。本发明中通过超导导线圈本体、线圈骨架、复合超导开关等形成超导线圈进而形成超导装置，通过超导装置控制方法完成本设计，本发明应用于电磁能量存储及控制领域。

Description

一种超导线圈、超导储能装置及控制方法

技术领域

本发明涉及电磁能量存储及控制领域，尤其涉及一种超导线圈、超导储能装置及控制方法。

背景技术

由于利用传统铜质导线绕制的电感线圈具有较高的内阻，电流传导密度较低，导致线圈内耗很大和能量密度低，因此无法利用传统导线线圈技术，制备有普遍实际应用意义的电磁储能线圈及电磁储能装置。利用超导线圈制备超导电磁储能装置，具有低损耗和高电流密度的显著优势，但实际应用时必需解决对超导线圈进行有效冷却的问题，超导线圈设计问题，和基于超导线圈电流敏感性的安全保护操作问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中存在的利用传统超导线圈技术，制备有普遍实际应用意义的超导线圈、超导储能装置及控制超导储能装置的技术不足与缺陷问题，提供一种超导线圈、超导储能装置及控制方法，具有辅助冷却结构和混合超导导线的超导线圈，构成超导电磁储能装置并通过储能控制装置及控制方法，使得储能装置工作状态按负载变化自动选择，实现数字化控制储能装置的工作状态，进行具有保护功能的、高效的和可靠的控制。

本发明采用的技术方案如下：

一种超导线圈包括超导线圈本体、线圈骨架17、复合超导开关，所述超导线圈本体是超导初始带材或大电流复合超导导线绕制而成，所述复合超导开关包括超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23、超导开关24，所述超导线圈本体端线21两端口分别对应与超导电流引线22两端口连接，超导开关引线23跨接在超导线圈本体端线21与超导电流引线22连接处，所述超导开关24通过超导开关引线23与超导线圈本体端线21两端口连接。

所述超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23为YBa₂Cu₃O_7-x高温超导镀膜导线。

所述超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23为多芯导线，所述多芯导线是Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、YBa₂Cu₃O_7-x超导线、MgB₂超导线，所述Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线是T_c~110K，所述Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线是T_c~85K，所述YBa₂Cu₃O_7-x超导线是T_c~90K，所述MgB₂超导线是T_c~39K。

所述多芯导线是Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线或(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线绕制形成外层线圈，所述Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线或(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线绕制内层线圈。

所述当超导线圈通过制冷液冷却时，所述线圈骨架17是聚酯纤维或者金属制作的，所述线圈骨架17在中心轴轴向方向具有均布的多个能通过冷却液的微孔211，在线圈骨架17表面设置有冷却槽18，所述超导线圈本体绕制在线圈骨架17上。

所述当超导线圈通过制冷机冷却时，所述超导线圈还包括冷却垫片14，所述冷却垫片14是具有导热性的片状金属传导冷却结构部件，所述片状金属传导冷却结构部件中心孔与线圈骨架17轴向尺寸配合并放置于线圈骨架轴线中部位置，片状金属传导冷却结构部件套在线圈骨架17轴上，片状金属传导冷却结构部件是有缺口的环形并设有用于连接制冷机冷头的突出端部。

一种超导线圈制备的超导储能装置还包括电子开关单元、第一电容C、处理器、电源P、外接负载R、逻辑保护电路，所述电子开关单元包括第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3、第四电子开关K4，所述电源P、第一开关K1、第二开关K2构成回路，第三开关K3、第四开关K4与外接负载R构成回路，所述超导线圈超导电流引线段一端与第一开关K1、第二开关K2连接端连接，超导线圈超导电流引线另一端与第三开关K3、第四开关K4连接端连接，所述第三开关K3、外接负载R连接端与第二开关K2、电源P负级连接端连接，所述处理器分别输出控制第一开关K1控制端、第二开关K2控制端、第三开关K3控制端、第四开关K4控制端，所述电源P给超导线圈充电，所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流及外接负载电压值判断超导储能装置是否处于过流过压状态；逻辑保护电路通过检测处理器输出的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值，判断处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作，如果存在过流、过压或者处理器存在误动操作，则关断第一开关K1，然后关断第四开关K4、再闭合第三开关K3、最后闭合第二开关K2，使得超导储能装置处于储能保护模式；否则超导储能装置正常工作。

所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流及外接负载电压值判断超导储能装置是否处于过流或过压状态；逻辑保护电路通过检测处理器输出的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值，判断处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作具体过程是：其中处理器检测超导线圈电流值I _L与负载充电时的电压值U _R（本超导装置给负载充电时的电压值），所述逻辑保护电路包括过流过压模块、误动作模块、误跳变模块、或门电路、保护电路，

步骤1：根据所述I _L或者U _R分别与处理器预设的参考电流值或电压值的大小关系，输出过流标志位或过压信号标志位，若I _L或者U _R大于处理器预设的参考电流值或参考电压值，则过流标志位或过压信号标志位置高；否则过流标志位或过压信号标志位置低，然后通过过流过压模块判断过流标志位或过压信号标志位，若过流标志位或过压信号标志位为高，则输出高电平的过流过压标志位信号；否则输出低电平的过流过压标志位信号；

步骤2：判断是否存在误动操作，处理器根据所述I _L或者U _R得到第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值，并与误动作模块中设置超导装置控制电子开关单元控制状态值与进行比较，若状态值与所述超导装置控制电子开关单元控制状态值其中之一相同，则误动作标志位置为低电平，否则误动作标志位置为高电平；处理器根据所述I _L或者U _R处理器得到相应的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值与下一时刻状态值组成状态变化序列值，所述状态变化序列值与误跳变模块设置的开关状态切换顺序值进行比较判断，若状态变化序列值与开关状态切换顺序值相同，则误跳变标志位置为低，否则置为高；

步骤3：所述过电压过电流标志位、误动作标志位或误跳变标志位输入或门电路，若其中一个输入信号为高，则或门电路输出高电平信号至保护电路，则保护电路输出开关控制信号使得超导储能装置处于保护模式，所述保护电路输出开关控制信号是控制关断第一开关K1，然后关断第四开关K4、再闭合第三开关K3、最后闭合第二开关K2。

一种超导储能装置控制方法包括

步骤1：所述处理器控制第三开关K3导通，此时第一开关K1断开、第二开关K2断开、第四开关K4断开，下一时刻，处理器控制第一开关K1导通，此时超导线圈处于充电状态；

步骤2：若需要超导线圈处于储能状态时，所述第四开关K4、第三开关K3状态不变，处理器控制第一开关K1断开，下一时刻，处理器控制第二开关K2导通；

步骤3：若需要超导线圈处于放电状态时，所述第二开关K2状态不变，处理器控制第三开关K3断开，下一时刻，控制第四开关K4导通，所述超导线圈通过第四开关同时给外接负载及第一电容C进行充电，直到第一电容与外界负载的电压值相等，通过逻辑保护电路进行过流过压状态、误动操作判断，所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流值I _L及外接负载电压值U _R判断超导储能装置是否处于过流过压状态；所述逻辑保护电路通过检测处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作，如果存在过流、过压或者处理器存在误动操作，则关断第一开关K1，然后关断第四开关K4、再闭合第三开关K3、最后闭合第二开关K2，使得超导储能装置处于储能保护模式；否则超导储能装置正常工作。

所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流I _L及外接负载电压值U _R判断超导储能装置是否处于过流过压状态；所述逻辑保护电路通过检测处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作，如果存在过流、过压或者处理器存在误动操作，则关断第一开关K1，然后关断第四开关K4、再闭合第三开关K3、最后闭合第二开关K2，使得超导储能装置处于储能保护模式具体步骤：其中处理器检测超导线圈电流值I _L与负载充电时的电压值U _R，所述逻辑保护电路包括过流过压模块、误动作模块、误跳变模块、或门电路、保护电路；

步骤1：根据所述I _L或者U _R分别与处理器预设的参考电流值或电压值的大小关系，输出过流标志位或过压信号标志位，若I _L或者U _R大于处理器于预设的参考电流值或参考电压值，则过流标志位或过压信号标志位置高；否则过流标志位或过压信号标志位置低，然后通过过流过压模块判断过流标志位或过压信号标志位，若过流标志位或过压信号标志位为高，则输出高电平的过流过压标志位；否则输出低电平的过流过压标志位；

步骤2：判断是否存在误动操作，处理器根据所述I _L或者U _R得到第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值，并与误动作模块中设置超导装置控制电子开关单元控制状态值与进行比较，若状态值与所述超导装置控制电子开关单元控制状态值其中之一相同，则误动作标志位置为低电平，否则误动作标志位置为高电平；处理器根据所述I _L或者U _R处理器得到相应的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值与下一时刻状态值组成状态变化序列值，所述状态变化序列值与误跳变模块设置的开关状态切换顺序值进行比较判断，若状态变化序列值与开关状态切换顺序值相同，则误跳变标志位置为低，否则置为高；

步骤3：所述过电压多电流标注位、误动作标志位或误跳变标志位输入或门电路，若其中一个输入信号为高，则或门电路输出高电平信号至保护电路，则保护电路输出开关控制信号使得超导储能装置处于保护模式，所述保护电路输出开关控制信号是控制关断第一开关K1，然后关断第四开关K4、再闭合第三开关K3、最后闭合第二开关K2。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1）利用具有辅助冷却结构和混合超导导线的超导线圈，构成超导电磁储能装置，该装置不仅电流密度高、能量储存容量大、功率高，效率高，而且损耗低、体积小、运行成本低、运行保护和安全性好、操作简便、易维护、实用性好、用途广泛；

2）本设计中超导线圈设计了包含超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23、超导开关24的复合超导开关，高效地解决了传统储能线圈电流引线漏热的问题和保持超导线圈超导体通过构成超导开关的连通问题；使得在超导电磁储能装置中开关、处理器等外部控制全部失效，通过复合超导开关对超导线圈进行二级保护，使得超导线圈充电后产生的电能有效的存储在超导线圈中；

3）超导线圈的骨架具有辅助冷却开槽结构和超导线圈嵌有导热垫片，强化了超导线圈的制冷液冷却和制冷机冷却的效果；

4）利用杜瓦系统排出的废弃冷气，冷却电子开关单元，显著提高储能系统的效率； 

5）通过处理器进行电子开关单元通断控制，利用储能系统状态对应的电子开关单元组的数字化状态量，有效的控制超导线圈进行充电存储及放电控制，进一步通过逻辑保护电路对整个超导储能主电路的参数具有很好的监控作用，通过对处理器的误操作、误跳变引起的不安全因素进行良好的监控与保护，通过FPGA或者CPLD芯片搭建的逻辑保护电路降低了整个储能系统的集成度和复杂度，增加了操作的灵活性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1超导线圈示意图；

图2是冷却垫片及线圈骨架示意图；

图2a是线圈骨架17的主视图；

图2b是线圈骨架17的俯视图；

图2c是冷却垫片14的俯视图；

图3是现有技术超导储能装置充电、放电及储能状态回路图；

图4是本发明中电路原理图；

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明相关说明

1、          电源P指的是给超导线圈作用使其产生电磁能的器件或电力系统；

2、          外加负载R指的是需要通过超导线圈给其补充电能的负载；

3、          超导开关24是通过在超导开关引线上缠绕线圈，通过加热或者加磁场的方式对超导开关24进行控制。

4、          因为过压和过流都会对超导线圈造成不可逆的损坏，因此需要通过逻辑保护电路实时监测U _R和I _L，所述逻辑保护电路通过CPLD或者FPGA芯片实现。逻辑保护电路包括过流过压模块、误动作模块、误跳变模块、或门电路、保护电路。

41）过流过压模块工作过程是：通过处理器将检测的U _R和I _L变换为数字量信号并将U _R和I _L数字信号并与处理器预设的参考电压值或参考电流值进行比较输出过流标志位或过压信号标志位，若I _L或者U _R分别大于处理器于预设的参考电流值或参考电压值大，则过流标志位或过压信号标志位置高；否则过流标志位或过压信号标志位置低，然后通过过流过压模块判断过流标志位或过压信号标志位，若过流标志位或过压信号标志位为高，则输出高电平的过流过压标志位；否则输出低电平的过流过压标志位。

42）误动模块工作过程是：包括误动作状态及误操作状态的检测。

421）处理器根据所述I _L或者U _R，处理器得到相应的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值与下一时刻状态值组成状态变化序列值，所述状态变化序列值与误跳变模块设置的开关状态切换顺序值进行比较判断，若状态变化序列值与开关状态切换顺序值相同，则误跳变标志位置为低，否则置为高。其中电子开关单元中第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4组合为6种状态值，其中以“0”和“1”表示4个功率开关的逻辑状态，“0”表示控制开关K1-K4断开，“1”表示控制开关K1-K4闭合，假如用0000代表复位状态，0010代表复位状态到充电状态间或充电状态到储能状态间的暂态状态，1010代表充电状态，0110代表储能状态，0100代表放电和储能状态之间的暂态，0101代表储能系统的放电状态（当然4位逻辑信号组成16种状态值，也可以用其他10种中的任一组合信号代表上述任意状态值）；4211）复位状态到充电状态K1-K4变化过程是“0000→0010→1010”，先闭合K3，经过一个适当的延时，再闭合K1，电源、K1、L和K3形成充电回路；如图2中环路1所示。

4211）充电状态（1010）到储能状态（0110）的过程为“1010→0010→0110”，先关断K1，L、K3和D2形成初步储能回路，经过一个适当的延时，再闭合K2， L、K3和K2形成完全储能回路，如图2中环路2所示。

4212）储能状态（0110）到放电状态（0101）的过程为“0110→0100→0101”，先关断K3，L、D4、R和K2形成初步放电回路，经过一个适当的延时，再闭合K4，L、K4、R和K2形成完全放电回路，如图2中环路3所示。所述超导线圈同时给外接负载及电容器组C进行放电，直至电容器组C和负载的端电压与预设的放电参考电压值相等。

422）处理器根据所述I _L或者U _R得到处理器输出开关电路状态值即第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值（得到输出开关电路状态值的实现过程是本领域技术人员公职的技术，此处不再一一赘述），并与误动作模块中设置超导装置控制电子开关单元控制状态值与进行比较，若状态值与所述超导装置控制电子开关单元控制状态值其中之一相同，则误动作标志位置为低电平，否则误动作标志位置为高电平。 

5、图1中，流向1表示复合超导开关通过加热或加磁场的方法设定超导开关导通形成无阻通路，将超导线圈产生的电能封闭在超导储能线圈中。流线2表示复合超导开关没有其作用，超导线圈产生的电能通过超导电流引线传送至外加负载。

6、如图4中所述，超导储能主电路包括超导线圈L、电子开关单元、第一电容C、处理器，所述电子开关单元包括第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3、第四电子开关K4，所述电源、第一开关K1、第二开关K2构成回路，第三开关K3、第四开关K4与外接负载构成回路，所述超导线圈超导电流引线段一端与第一开关K1、第二开关K2连接端连接，超导线圈超导电流引线另一端与第三开关K3、第四开关K4连接端连接，所述第三开关K3、外接负载连接端与第二开关K2、电源负级连接端连接，所述处理器分别输出控制第一开关K1控制端、第二开关K2控制端、第三开关K3控制端、第四开关K4控制端，所述电源给超导线圈充电。

实施例一：如图1所示，一种超导线圈，包括超导线圈本体、线圈骨架17、复合超导开关，所述超导线圈本体是超导初始带材或大电流复合超导导线绕制而成，所述复合超导开关包括超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23、超导开关24，所述超导线圈本体端线21两端口分别对应与超导电流引线22两端口连接，超导开关引线23跨接在超导线圈本体端线21与超导电流引线22连接处，所述超导开关24通过超导开关引线23与超导线圈本体端线21两端口连接。

实施例二：在实施例一基础上，所述超导线圈本体、超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23为YBa₂Cu₃O_7-x高温超导镀膜导线，所述YBa₂Cu₃O_7-x超导线是T_c~90K。

实施例三：在实施例一基础上，所述超导线圈本体、超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23为Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x多芯导线。

实施例四：在实施例一和三基础上，所述超导线圈本体、超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23为多芯导线。所述超导线圈为多芯导线绕制,所述多芯导线是Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线或(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线绕制形成外层线圈，所述Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线或(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线绕制内层线圈。

实施例五：在实施例一至四之一基础上，所述当超导线圈通过制冷液冷却时，所述线圈骨架17是聚酯纤维或者金属制作的，所述线圈骨架17在中心轴轴向方向具有均布的多个能通过冷却液的微孔211，在线圈骨架17表面设置有冷却槽18，所述超导线圈本体绕制在线圈骨架17上。

实施例六：如图2所示，在实施例一至四之一基础上，所述当超导线圈通过制冷机冷却时，所述超导线圈还包括冷却垫片14，所述冷却垫片14是具有导热性的片状金属传导冷却结构，所述片状金属传导冷却结构中心孔与线圈骨架17轴向尺寸配合并放置于线圈骨架轴线中部位置，片状金属传导冷却结构套在线圈骨架17轴上，片状金属传导冷却结构是有缺口的环形并设有用于连接制冷机凉头的突出端部。

实施例七：如图3、4所示，在实施例一基础上，一种超导线圈制备的超导储能装置还包括电子开关单元、第一电容C、处理器、电源P、外接负载R、逻辑保护电路，所述电子开关单元包括第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3、第四电子开关K4，所述电源P、第一开关K1、第二开关K2构成回路，第三开关K3、第四开关K4与外接负载R构成回路，所述超导线圈超导电流引线段一端与第一开关K1、第二开关K2连接端连接，超导线圈超导电流引线另一端与第三开关K3、第四开关K4连接端连接，所述第三开关K3、外接负载R连接端与第二开关K2、电源P负级连接端连接，所述处理器分别输出控制第一开关K1控制端、第二开关K2控制端、第三开关K3控制端、第四开关K4控制端，所述电源P给超导线圈充电，所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流及外接负载电压值判断超导储能装置是否处于过流过压状态；逻辑保护电路通过检测处理器输出的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值，判断处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作，如果存在过流、过压或者处理器存在误动操作，则关断第一开关K1，然后关断第四开关K4、再闭合第三开关K3、最后闭合第二开关K2，使得超导储能装置处于储能保护模式；否则超导储能装置正常工作。

实施例八：在实施例七基础上，所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流及外接负载电压值判断超导储能装置是否处于过流或过压状态；逻辑保护电路通过检测处理器输出的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值，判断处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作具体过程是：其中处理器检测超导线圈电流值I _L与负载充电时的电压值U _R，所述逻辑保护电路包括过流过压模块、误动作模块、误跳变模块、或门电路、保护电路，

步骤1：根据所述I _L或者U _R分别与处理器预设的参考电流值或电压值的大小关系，输出过流标志位或过压信号标志位，若I _L或者U _R大于处理器预设的参考电流值或参考电压值，则过流标志位或过压信号标志位置高；否则过流标志位或过压信号标志位置低，然后通过过流过压模块判断过流标志位或过压信号标志位，若过流标志位或过压信号标志位为高，则输出高电平的过流过压标志位信号；否则输出低电平的过流过压标志位信号；

步骤2：判断是否存在误动操作，处理器根据所述I _L或者U _R得到第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值，并与误动作模块中设置超导装置控制电子开关单元控制状态值与进行比较，若状态值与所述超导装置控制电子开关单元控制状态值其中之一相同，则误动作标志位置为低电平，否则误动作标志位置为高电平；处理器根据所述I _L或者U _R处理器得到相应的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值与下一时刻状态值组成状态变化序列值，所述状态变化序列值与误跳变模块设置的开关状态切换顺序值进行比较判断，若状态变化序列值与开关状态切换顺序值相同，则误跳变标志位置为低，否则置为高；

步骤3：所述过电压过电流标志位、误动作标志位或误跳变标志位输入或门电路，若其中一个输入信号为高，则或门电路输出高电平信号至保护电路，则保护电路输出开关控制信号使得超导储能装置处于保护模式，所述保护电路输出开关控制信号是控制关断第一开关K1，然后关断第四开关K4、再闭合第三开关K3、最后闭合第二开关K2。

实施例九：在实施例八基础上，所述超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23为YBa₂Cu₃O_7-x高温超导镀膜导线。

实施例十：在实施例八或九基础上，所述超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23，超导线圈本体为多芯导线，所述多芯导线是Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线、Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、YBa₂Cu₃O_7-x超导线、MgB₂超导线，所述Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线是T_c~110K，所述Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线是T_c~85K，所述YBa₂Cu₃O_7-x超导线是T_c~90K，所述MgB₂超导线是T_c~39K。

实施例十一：在实施例八至十之一基础上，所述多芯导线是Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线绕制形成外层线圈，所述Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线绕制内层线圈。

实施例十二：在实施例八至十一基础上，所述当超导线圈通过制冷液冷却时，所述线圈骨架17是聚酯纤维或者金属制作的，所述线圈骨架17在中心轴轴向方向具有均布的多个能通过冷却液的微孔211，在线圈骨架17表面设置有冷却槽18，所述超导线圈本体绕制在线圈骨架17上。

实施例十三：在实施例八至十一基础上，所述当超导线圈通过制冷机冷却时，所述超导线圈还包括冷却垫片14，所述冷却垫片14是具有导热性的片状金属传导冷却结构部件，所述片状金属传导冷却结构部件中心孔与线圈骨架17轴向尺寸配合并放置于线圈骨架轴线中部位置，片状金属传导冷却结构部件套在线圈骨架17轴上，片状金属传导冷却结构部件是有缺口的环形并设有用于连接制冷机冷头的突出端部。

实施例十四：在实施例八基础上，一种超导储能装置控制方法包括

步骤1：所述处理器控制第三开关K3导通，此时第一开关K1断开、第二开关K2断开、第四开关K4断开，下一时刻，处理器控制第一开关K1导通，此时超导线圈处于充电状态；

步骤2：若需要超导线圈处于储能状态时，所述第四开关K4、第三开关K3状态不变，处理器控制第一开关K1断开，下一时刻，处理器控制第二开关K2导通；

步骤3：若需要超导线圈处于放电状态时，所述第二开关K2状态不变，处理器控制第三开关K3断开，下一时刻，控制第四开关K4导通，所述超导线圈通过第四开关同时给外接负载及第一电容C进行充电，直到第一电容与外界负载的电压值相等，还通过逻辑保护电路进行过流过压状态、误动操作判断，所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流I _L及外接负载电压值U _R判断超导储能装置是否处于过流过压状态；所述逻辑保护电路通过检测处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作，如果存在过流、过压或者处理器存在误动操作，则关断第一开关K1，然后关断第四开关K4、再闭合第三开关K3、最后闭合第二开关K2，使得超导储能装置处于储能保护模式；否则超导储能装置正常工作。

实施例十五：在实施例十四基础上，所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流I _L及外接负载电压值U _R判断超导储能装置是否处于过流过压状态；所述逻辑保护电路通过检测处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作，如果存在过流、过压或者处理器存在误动操作，则关断第一开关K1，然后关断第四开关K4、再闭合第三开关K3、最后闭合第二开关K2，使得超导储能装置处于储能保护模式具体步骤：其中处理器检测超导线圈电流值I _L与负载充电时的电压值U _R，所述逻辑保护电路包括过流过压模块、误动作模块、误跳变模块、或门电路、保护电路；

步骤1：根据所述I _L或者U _R分别与处理器预设的参考电流值或电压值的大小关系，输出过流标志位或过压信号标志位，若I _L或者U _R大于处理器于预设的参考电流值或参考电压值，则过流标志位或过压信号标志位置高；否则过流标志位或过压信号标志位置低，然后通过过流过压模块判断过流标志位或过压信号标志位，若过流标志位或过压信号标志位为高，则输出高电平的过流过压标志位；否则输出低电平的过流过压标志位；

步骤2：判断是否存在误动操作，处理器根据所述I _L或者U _R得到第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值，并与误动作模块中设置超导装置控制电子开关单元控制状态值与进行比较，若状态值与所述超导装置控制电子开关单元控制状态值其中之一相同，则误动作标志位置为低电平，否则误动作标志位置为高电平；处理器根据所述I _L或者U _R处理器得到相应的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4的状态值与下一时刻状态值组成状态变化序列值，所述状态变化序列值与误跳变模块设置的开关状态切换顺序值进行比较判断，若状态变化序列值与开关状态切换顺序值相同，则误跳变标志位置为低，否则置为高；

步骤3：所述过电压多电流标注位、误动作标志位或误跳变标志位输入或门电路，若其中一个输入信号为高，则或门电路输出高电平信号至保护电路，则保护电路输出开关控制信号使得超导储能装置处于保护模式，所述保护电路输出开关控制信号是控制关断第一开关K1，然后关断第四开关K4、再闭合第三开关K3、最后闭合第二开关K2。

实施例十六，在实施例十四或十五基础上，所述超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23为(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导多芯导线。

实施例十七：在实施例十四、十五、或十六基础上，所述超导线圈本体、超导线圈本体端线21、超导电流引线22、超导开关引线23为多芯导线绕制，所述多芯导线是Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线、Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、YBa₂Cu₃O_7-x超导线、MgB₂超导线，所述Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线是T_c~110K，所述Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线是T_c~85K，所述YBa₂Cu₃O_7-x超导线是T_c~90K，所述MgB₂超导线是T_c~39K。

实施例十八：在实施例十四至十七基础上，所述多芯导线是(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线绕制形成外层线圈，所述(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线绕制内层线圈。

实施例十九：在实施例十四至十八基础上，所述当超导线圈通过制冷液冷却时，所述线圈骨架17是聚酯纤维或者金属制作的，所述线圈骨架17在中心轴轴向方向具有均布的多个能通过冷却液的微孔211，在线圈骨架17表面设置有冷却槽18，所述超导线圈本体绕制在线圈骨架17上。

实施例二十：在实施例十四至十八基础上，所述当超导线圈通过制冷机冷却时，所述超导线圈还包括冷却垫片14，所述冷却垫片14是具有导热性的片状金属传导冷却结构部件，所述片状金属传导冷却结构部件中心孔与线圈骨架17轴向尺寸配合并放置于线圈骨架轴线中部位置，片状金属传导冷却结构部件套在线圈骨架17轴上，片状金属传导冷却结构部件是有缺口的环形并设有用于连接制冷机冷头的突出端部。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。 

Claims (10)

1.一种超导线圈，其特征在于包括超导线圈本体、线圈骨架、复合超导开关，所述超导线圈本体是超导初始带材或大电流复合超导导线绕制而成，所述复合超导开关包括超导线圈本体端线、超导电流引线、超导开关引线、超导开关，所述超导线圈本体端线两端口分别对应与超导电流引线两端口连接，超导开关引线跨接在超导线圈本体端线与超导电流引线连接处，所述超导开关通过超导开关引线与超导线圈本体端线两端口连接。

2.根据权利要求1所述的一种超导线圈，其特征在于所述超导线圈本体、超导线圈本体端线、超导电流引线、超导开关引线为YBa₂Cu₃O_7-x高温超导镀膜导线。

3.根据权利要求1所述的一种超导线圈，其特征在于所述超导线圈本体、超导线圈本体端线、超导电流引线、超导开关引线为多芯导线，所述多芯导线是Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线、Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、YBa₂Cu₃O_7-x超导线、MgB₂超导线，所述Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线是T_c~110K，所述Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线是T_c~85K，所述YBa₂Cu₃O_7-x超导线是T_c~90K，所述MgB₂超导线是T_c~39K。

4.根据权利要求1所述的一种超导线圈，其特征在于超导线圈本体是由多芯导线绕制，所述多芯导线是Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线或(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线绕制形成外层线圈，所述Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线或(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线绕制内层线圈。

5.根据权利要求1至4之一所述的一种超导线圈，其特征在于所述当超导线圈通过制冷液冷却时，所述线圈骨架是聚酯纤维或者金属制作的，所述线圈骨架在中心轴轴向方向具有均布的多个能通过冷却液的微孔，在线圈骨架表面设置有冷却槽，所述超导线圈本体绕制在线圈骨架上。

6.根据权利要求1至4之一所述的一种超导线圈，其特征在于所述当超导线圈通过制冷机冷却时，所述超导线圈还包括冷却垫片，所述冷却垫片是具有导热性的片状金属传导冷却结构部件，所述片状金属传导冷却结构部件中心孔与线圈骨架轴向尺寸配合并放置于线圈骨架轴线中部位置，片状金属传导冷却结构部件套在线圈骨架轴上，片状金属传导冷却结构部件是有缺口的环形并设有用于连接制冷机冷头的突出端部。

7.根据权利要求1所述的一种超导线圈制备的超导储能装置，还包括电子开关单元、第一电容、处理器、电源、外接负载，所述电子开关单元包括第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关，所述电源、第一开关、第二开关构成回路，第三开关、第四开关与外接负载构成回路，所述超导线圈超导电流引线段一端与第一开关、第二开关连接端连接，超导线圈超导电流引线另一端与第三开关、第四开关连接端连接，所述第三开关、外接负载连接端与第二开关、电源负级连接端连接，所述处理器分别输出控制第一开关控制端、第二开关控制端、第三开关控制端、第四开关控制端，所述电源给超导线圈充电，其特征在于还包括逻辑保护电路，所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流及外接负载电压值判断超导储能装置是否处于过流过压状态；逻辑保护电路通过检测处理器输出的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的状态值，判断处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作，如果存在过流、过压或者处理器存在误动操作，则关断第一开关，然后关断第四开关、再闭合第三开关、最后闭合第二开关，使得超导储能装置处于储能保护模式；否则超导储能装置正常工作。

8.根据权利要求7所述的一种超导储能装置，其特征在于所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流及外接负载电压值判断超导储能装置是否处于过流或过压状态；逻辑保护电路通过检测处理器输出的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的状态值，判断处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作具体过程是：其中处理器检测超导线圈电流值I _L与负载充电时的电压值U _R，所述逻辑保护电路包括过流过压模块、误动作模块、误跳变模块、或门电路、保护电路，

步骤1：根据所述I _L或者U _R分别与处理器预设的参考电流值或电压值的大小关系，输出过流标志位或过压信号标志位，若I _L或者U _R大于处理器预设的参考电流值或参考电压值，则过流标志位或过压信号标志位置高；否则过流标志位或过压信号标志位置低，然后通过过流过压模块判断过流标志位或过压信号标志位，若过流标志位或过压信号标志位为高，则输出高电平的过流过压标志位信号；否则输出低电平的过流过压标志位信号；

步骤2：判断是否存在误动操作，处理器根据所述I _L或者U _R得到第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的状态值，并与误动作模块中设置超导装置控制电子开关单元控制状态值与进行比较，若状态值与所述超导装置控制电子开关单元控制状态值其中之一相同，则误动作标志位置为低电平，否则误动作标志位置为高电平；处理器根据所述I _L或者U _R处理器得到相应的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的状态值与下一时刻状态值组成状态变化序列值，所述状态变化序列值与误跳变模块设置的开关状态切换顺序值进行比较判断，若状态变化序列值与开关状态切换顺序值相同，则误跳变标志位置为低，否则置为高；

步骤3：所述过电压过电流标志位、误动作标志位或误跳变标志位输入或门电路，若其中一个输入信号为高，则或门电路输出高电平信号至保护电路，则保护电路输出开关控制信号使得超导储能装置处于保护模式，所述保护电路输出开关控制信号是控制关断第一开关，然后关断第四开关、再闭合第三开关、最后闭合第二开关。

9.根据权利要求8所述的一种超导储能装置控制方法，包括

步骤1：所述处理器控制第三开关导通，此时第一开关断开、第二开关断开、第四开关断开，下一时刻，处理器控制第一开关导通，此时超导线圈处于充电状态；

步骤2：若需要超导线圈处于储能状态时，所述第四开关、第三开关状态不变，处理器控制第一开关断开，下一时刻，处理器控制第二开关导通；

步骤3：若需要超导线圈处于放电状态时，所述第二开关状态不变，处理器控制第三开关断开，下一时刻，控制第四开关导通，所述超导线圈通过第四开关同时给外接负载及第一电容C进行充电，直到第一电容与外接负载的额定电压值相等，其特征在于还通过逻辑保护电路进行过流过压状态、误动操作判断，所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流I _L及外接负载电压值U _R判断超导储能装置是否处于过流过压状态；所述逻辑保护电路通过检测处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作，如果存在过流、过压或者处理器存在误动操作，则关断第一开关，然后关断第四开关、再闭合第三开关、最后闭合第二开关，使得超导储能装置处于储能保护模式；否则超导储能装置正常工作。

10.根据权利要求9所述的一种超导储能装置控制方法，其特征在于所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流I _L及外接负载电压值U _R判断超导储能装置是否处于过流过压状态；所述逻辑保护电路通过检测处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作，如果存在过流、过压或者处理器存在误动操作，则关断第一开关，然后关断第四开关、再闭合第三开关、最后闭合第二开关，使得超导储能装置处于储能保护模式具体步骤：其中处理器检测超导线圈电流值I _L与负载充电时的电压值U _R，所述逻辑保护电路包括过流过压模块、误动作模块、误跳变模块、或门电路、保护电路；

步骤1：根据所述I _L或者U _R分别与处理器预设的参考电流值或电压值的大小关系，输出过流标志位或过压信号标志位，若I _L或者U _R大于处理器于预设的参考电流值或参考电压值，则过流标志位或过压信号标志位置高；否则过流标志位或过压信号标志位置低，然后通过过流过压模块判断过流标志位或过压信号标志位，若过流标志位或过压信号标志位为高，则输出高电平的过流过压标志位；否则输出低电平的过流过压标志位；

步骤2：判断是否存在误动操作，处理器根据所述I _L或者U _R得到第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的状态值，并与误动作模块中设置超导装置控制电子开关单元控制状态值与进行比较，若状态值与所述超导装置控制电子开关单元控制状态值其中之一相同，则误动作标志位置为低电平，否则误动作标志位置为高电平；处理器根据所述I _L或者U _R处理器得到相应的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的状态值与下一时刻状态值组成状态变化序列值，所述状态变化序列值与误跳变模块设置的开关状态切换顺序值进行比较判断，若状态变化序列值与开关状态切换顺序值相同，则误跳变标志位置为低，否则置为高；

步骤3：所述过电压多电流标注位、误动作标志位或误跳变标志位输入或门电路，若其中一个输入信号为高，则或门电路输出高电平信号至保护电路，则保护电路输出开关控制信号使得超导储能装置处于保护模式，所述保护电路输出开关控制信号是控制关断第一开关，然后关断第四开关、再闭合第三开关、最后闭合第二开关。

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