CN113013887B - 一种用于超导能源管道的具有储能功能的超导有源滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于超导能源管道的具有储能功能的超导有源滤波器，包括依次相连的交流侧滤波器、逆变器及其控制单元、直流侧超导电感；交流侧滤波器由滤波电感和滤波电容组成；所述超导电感内部从内到外依次为第一超导层、液氢层、第二超导层、液氮层、第三超导层和液化天然气层。

Description

一种用于超导能源管道的具有储能功能的超导有源滤波器
技术领域
本发明属于电力与新能源传输领域，特别是涉及一种用于超导能源管道的具有储能功能的超导有源滤波器。
背景技术
超导能源管道是一种集液氢-液化天然气-液氮-高温超导电缆于一体的能量混合传输线。实现能源电力的混合传输，提高了传输效率，且将液化天然气和液氢设于同一管道同时传输，减少了管道再敷设成本，又避免了任何一方搁置造成的管道浪费。
有源电力滤波器因其具有优良补偿效果、高响应速度、高可靠性、不受系统变化影响的优点，得到了学术界的广泛关注。由于有源电力滤波器的连接方式、直流侧储能元件(包括电容、电感)迥异，它们可以表现出更为灵活的补偿特性和更为优异的工作特性，针对该类补偿器的研究层出不穷。电压型有源电力滤波器在逆变部分的直流侧是一个恒压大电容。电流型有源电力滤波器在逆变部分的直流侧是一个恒流大电感。电压型有源电力滤波器具有损耗小、效率高、价格低等优点，它有着广泛的应用。电流型有源电力滤波器有更好的电流控制能力、可以更加有效地滤除开关谐波、易于保护、可靠性高，但损耗较大、价格高。
因此将超导电感代替电流型有源电力滤波器直流侧的铜电感，既可以拥有其本身的优良特性，又可以弥补其损耗大的缺点。但是采用单一材料制作超导电感，需要很长的带材才能得到较大的电感值，现有技术无法制作很长的带材。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种能实现较大电感值、较小成本的，用于超导能源管道的具有储能功能的超导有源滤波器
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于超导能源管道的具有储能功能的超导有源滤波器，包括依次相连的交流侧滤波器、逆变器及其控制单元、直流侧超导电感；交流侧滤波器由滤波电感和滤波电容组成；所述超导电感内部从内到外依次为第一超导层、液氢层、第二超导层、液氮层、第三超导层和液化天然气层。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明涉及的超导电感可以同时达到滤波和储能两种目的，也可以仅作滤波用或仅作储能用，具有很强的灵活性和实用性；
(2)通过调整超导电感结构中不同材料的比例大小，可以灵活控制超导电感值，满足不同应用条件下对超导电感值的要求；
(3)第二超导层和第三超导层两侧都是冷却层，比单层制冷剂供应更能保证超导层的运行温度；
(4)采用此种结构的超导电感，可以利用能源管道中的能源进行冷却，不需要把使用后的冷却液液化，因此不需要液化装置，降低了冷却设备的成本。
(5)三个超导线圈产生的磁场可以相互抵消，增大电感的临界电流，提高容器的容量。
(6)液化天然气层在最外侧，液氮层在中间，液氢层在内侧，液化天然气层可以对液氮层和液氢层起保温效果，液氮层可以对液氢层起保温的效果，减少了能源的损耗。
(7)通过调整超导电感中不同材料的比例大小，从而达到所需的电感值。并可以用超导能源管道传输的液氮和液氢作为冷却材料，无须附加冷却装置，节约了运行成本，提高了运行可靠性。
附图说明
图1是超导电流型有源电力滤波器的拓扑结构图；
图2是超导电感的结构示意图；
图3是超导电感与滤波器的连接方式示意图；
图4是本实施例中超导电感的部分剖面结构示意图。
图5是超导电流型有源电力滤波器与超导能源管道的连接图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种用于超导能源管道的具有储能功能的超导有源滤波器，图1给出了超导电流型有源电力滤波器的拓扑结构图。主要由滤波电感、滤波电容组成的交流侧滤波器、逆变器及其控制单元、直流侧超导电感及其冷却保护系统等部分组成。本实施例中超导材料不能制作出较长的带材。
超导电感结构如图2所示。超导电感采用同轴嵌套模式。超导层1为第一层，采用以液氢为冷却液的超导材料，既可以是高温超导材料，也可以是低温超导材料。液氢层2为第二层，为超导层1提供低温环境。连接能源管道中传输的液氢，即将能源管道中传输的液氢分流一部分到超导层1的外侧，再流入能源管道，液氢不需要冷却循环再利用，减少了液化循环装置的设置。超导层3为第三层，采用以液氮为冷却液的超导材料，只能是高温超导材料。液氮层4在第四层，为超导层3提供低温环境，连接能源管道中传输的液氮，即将能源管道中传输的液氮分流一部分到超导层3的外侧，再流入能源管道。超导层5为第五层，采用液化天然气为冷却液。液化天然气层6作为第六层，为超导层5提供低温环境，连接能源管道中传输的液化天然气，即将能源管道中传输的液化天然气分流一部分到超导层5的外侧，再流入能源管道。液氢的临界温度为33K，液氮的临界温度为77K，液化天然气的临界温度为112K。该结构可以利用外层更接近室温的液化天然气对内层温度更低的液氮和液氢起到保温的效果。
图3为本发明的超导电感与滤波器的连接方式，本实施例中，直流侧超导电感是由三个超导电感A、B、C复合成的，液氢、液氮、液化天然气层分别作为超导电感A、B、C的冷却层。超导电感A、B、C与控制单元连接时，可以根据其用作储能或者滤波来确定它们的连接方式，复合后作为直流侧超导电感。具体的，将三个超导线圈分别接到控制单元上。超导层1构成的超导电感A，超导层2构成的超导电感B，超导层3构成的超导电感C，可分别作储能用或滤波用，拥有很强的灵活性与实用性。超导电感A、超导电感B和超导电感C有不同的连接方式，可以串联、并联或者串并联；可作储能用和滤波用，也可以都作储能用，或都作滤波用，拥有很强的灵活性与实用性。超导电感中通直流电，因此采用此种结构，超导电感的磁场方向可以相互抵消，增大超导电感的临界电流，从而提高装置的容量。控制单元主要功能有两个，第一个是作逆变器，第二个是当超导电感有不同的连接方式时，对它们进行控制。
具体的，图4是本实施例中提供的一种超导电感的结构示意图。以超导电感中心轴为起始从内向外依次是MgB2超导层1、液氢层2、YBCO超导层3、液氮层4、BSCCO超导层5、液化天然气层6；由于MgB2超导带材价格较低，因此可以取较多的匝数，以获取较大的电感值。根据所需的电感值与MgB2线圈得到的电感值，来确定BSCCO超导层和YBCO超导层的匝数。MgB2电感值较大，但是临界电流较小，作滤波用。YBCO电感和BSCCO电感的临界电流大，可作储能用。三个线圈的磁场方向可以相互抵消，增大了超导电感的临界电流，提高了装置的容量。
图5是超导电流型有源电力滤波器与超导能源管道的连接图。电流、液氢流、液氮流、液化天然气流经过终端送入超导能源管道中。超导电感A、超导电感B、超导电感C通过综合控制器连接到超导能源管道中传输电能的管道上，起滤波或者储能的作用，且分别用液化天然气、液氮、液氢进行冷却。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于超导能源管道的具有储能功能的超导有源滤波器，其特征在于，包括依次相连的交流侧滤波器、逆变器及其控制单元、直流侧超导电感；交流侧滤波器由滤波电感和滤波电容组成；所述超导电感内部从内到外依次为第一超导层、液氢层、第二超导层、液氮层、第三超导层和液化天然气层；其中第一超导层由高温超导材料或低温超导材料构成，采用以液氢为冷却液的超导材料；第二超导层由高温超导材料构成，采用以液氮为冷却液的超导材料；第三超导层采用液化天然气为冷却液；直流侧超导电感由三个超导电感A、B、C复合而成，液氢层、液氮层、液化天然气层分别作为超导电感A、B、C的冷却层；第一超导层、第二超导层和第三超导层分别与控制单元连接；第一超导层构成的超导电感A，第二超导层构成的超导电感B，第三超导层构成的超导电感C，超导电感A、B、C之间采用串联和/或并联方式，能够用于储能和滤波；液氢的临界温度为33 K，液氮的临界温度为77 K，液化天然气的临界温度为112 K；
以超导电感中心轴为起始从内向外依次是MgB2超导层、液氢层、YBCO超导层、液氮层、BSCCO超导层、液化天然气层；MgB2超导层取若干圈匝数，以使电感值变大；根据所需的电感值与MgB2超导层得到的电感值，确定BSCCO超导层和YBCO超导层的匝数；MgB2超导层电感值大，临界电流小，作滤波用；YBCO超导层电感和BSCCO超导层电感的临界电流大，作储能用；三个线圈的磁场方向能够相互抵消，增大超导电感的临界电流，提高了超导有源滤波器的容量。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1697280A (zh) * 2005-06-03 2005-11-16 清华大学 一种采用超导储能的串联型动态电压补偿器
WO2006075098A1 (fr) * 2005-01-17 2006-07-20 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs( Utilisation de composants supraconducteurs en couches minces comme inductance variable, dispositifs incluant de tels composants, et procédé de commande associé

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100337386C (zh) * 2004-08-10 2007-09-12 国电自动化研究院 用于超导储能的双向功率控制器
US20080190646A1 (en) * 2007-02-09 2008-08-14 Folts Douglas C Parallel connected hts fcl device
CN107631105B (zh) * 2017-09-15 2019-01-22 四川师范大学 液化页岩气-液氮-超导直流电缆复合能源管道设计方法
CN109854825B (zh) * 2019-02-28 2020-12-18 天津大学 液氢-液化天然气-高温超导混合能源传输管道

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006075098A1 (fr) * 2005-01-17 2006-07-20 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs( Utilisation de composants supraconducteurs en couches minces comme inductance variable, dispositifs incluant de tels composants, et procédé de commande associé
CN1697280A (zh) * 2005-06-03 2005-11-16 清华大学 一种采用超导储能的串联型动态电压补偿器

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