CN113013903B - 一种多能源复合超导微网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多能源复合超导微网系统,包括微电源、超导储能装置、超导有源滤波器、超导限流器、超导能源管道、电网;所述超导储能装置、超导电缆和超导有源滤波器均并联在超导能源管道上;所述超导电缆和超导有源滤波器中分别复合有超导限流器和超导屏蔽层;当微网系统孤岛运行时,超导能源管道中的能源正常传输,电能通过超导能源管道供给负荷;当微电源产生的电能过多时,将电能转化成电磁能储存在超导储能装置中;当微电源产生的电能不足时,将超导储能装置中的电磁能再转化成电能供给负荷;当微网系统并网运行时,微电源产生的电能通过超导能源管道并入电网。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动化领域,尤其涉及一种具有自保护及高品质电能质量的多能源复合超导微网系统。
背景技术
微网由微电源、负荷、储能装置等组成。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用,解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。微网可以连接到主电网并网运行,也可以孤岛运行,但是都必须保证供电安全和高电能质量。
超导储能是利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能的装置。超导储能系统大致包括超导线圈、低温系统、功率调节系统和监控系统四大部分。利用超导电感存储能量,在响应时间以及瞬间大功率释放等方面具有优势。
电流型有源电力滤波器比电压型有源滤波器有更好的电流控制能力、可以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。
高温超导直流电缆具有占地面积小、电缆重量轻、输电容量大、传输损耗小等一系列优点。且我国能源和用电分布不均,“西气东输”、“西电东送”的需求使得超导电缆输电更具优势。
超导电缆的能源混合传输管道,可以实现电能及液氢、液化天然气的能源高效传输。目前超导直流能源管道已经完成了能源管道结构,混合绝缘介质,LNG冷却绝缘介质保护超导直流能源管道等部分方案,中科院电工研究所已经完成了原理样机的设计和主要技术攻关,并通过项目责任专家和领域专家的现场验收。
现有的微网系统有较大的损耗,包括了传输损耗、储能装置的损耗等。尤其对于大功率的微电源而言,铜电缆在大容量输电时有一定的限制,在远距离输电时损耗较大,普通储能难以平衡并网时的瞬时功率,不能够精准快速的实现运行方式转换。液氢、液化天然气等能源的传输,需要单设管道,造成了管道敷设成本的浪费,任何一方搁置还会造成管道浪费。在普通微网系统中,也可以采用超导装置,但是就需要外设冷却装置,增加了成本与运行损耗。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足,提供一种多能源复合超导微网系统,可以解决传统微电网损耗较大,只能单一传输电能的缺点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种多能源复合超导微网系统,包括微电源、超导储能装置、超导有源滤波器、超导限流器、超导能源管道、电网;所述超导储能装置、超导电缆和超导有源滤波器均并联在超导能源管道上;所述超导电缆和超导有源滤波器中分别复合有超导限流器和超导屏蔽层;
当微网系统孤岛运行时,超导能源管道中的能源正常传输,电能通过超导能源管道供给负荷;当微电源产生的电能过多时,将电能转化成电磁能储存在超导储能装置中;当微电源产生的电能不足时,将超导储能装置中的电磁能再转化成电能供给负荷;
当微网系统并网运行时,微电源产生的电能通过超导能源管道并入电网;并网的过程中,需要超导储能装置对瞬时大功率进行平衡,调节输出的电能,保证微网系统的稳定性;并网后,为了保证并入电网的电压保持恒定,超导储能装置输出的电能与微电源发出的电能保持恒定。
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.构建一种新的超导微网系统,将微电源产生的电能,与液化天然气、氢能等通过超导能源管道传输,与超导储能装置、超导有源滤波器、超导限流器并联一体化传输,有效的提高了微网系统稳定性,节约了管道敷设成本、提高了能源传输的效率。
2.该系统采用超导电缆传输电能,同样截面下电能传输的容量大,损耗低,传输相同容量下可以降低电压等级,减小电缆体积,因此也可以减小占地面积;
3.通过该系统的应用,不再需要对超导装置外设冷却循环系统,一个液氮管道可以冷却两个超导线圈,减少了冷却循环部分的制作成本以及所产生的损耗。
4.将电能传输、电能质量控制装置构建到一个系统内,既能够传输电能,也能够对电能质量进行控制,同时能够充分利用超导装置损耗小、性能高的优点。
5.该超导微网系统为构建超导储能、超导滤波器和超导限流器的能源与电能一体传输的综合性超导微网提供了一种可能性。
附图说明
图1a是本发明超导微网系统示意图;图1b是图1a中超导能源管道的截面示意图。
图2是超导微网系统中各装置冷却示意图。
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。
各种可再生能源比如太阳能、风能、水力、海浪、地热能、核能作为微电源,由于能源所固有的随机性、间歇性会导致产生的电能不稳定,包括会产生大量的谐波以及电压或电流等级不稳定。因此就需要储能装置来平衡功率、滤波装置来滤除谐波。微电源产生的电能和所需传输的液化天然气、液氢等能源,通过超导能源管道进行传输。可将超导限流器并联在超导能源管道上,防止微电网输出的电流过大。超导有源滤波器也并联在微网中,消除微电网所发出的谐波。
图1a给出了本发明的超导微网系统示意图。超导微网系统包括了微电源、超导储能装置、超导有源滤波器、超导限流器、超导能源管道、电网。同时超导储能装置、超导有源滤波器、超导限流器与控制装置连接;超导储能装置、超导电缆和超导有源滤波器均并联在超导能源管道上,超导限流器和超导屏蔽层分别复合在超导电缆和超导有源滤波器中。本实施例中涉及的超导装置均嵌入超导能源管道中,减小成本。同时超导限流器防止微电网输出的电流过大。超导有源滤波器消除微电网所发出的谐波。
如图1b所示为图1a中超导能源管道的截面示意图,超导能源管道中从内到外依次为液氢层1、第一超导层2、绝热层3、电气绝缘层4、第二超导层5、电气绝缘层6、液氮层7、第三超导层8、电气绝缘层9、绝热层10、液化天然气层11、绝热层12和护套13;其中第一超导层2作为超导储能装置的安装位置;第二超导层5作为超导限流器的安装位置;第三超导层8作为超导有源滤波器和超导屏蔽层的复合层。
当微电网孤岛运行时,如果用户正在用电,则直接将微电源产生的电能通过超导能源管道送入用户,当微电网产生的电能过多时,将电能转化成电磁能储存在超导储能装置中;当微电源产生的电能不足时,将超导储能装置中的电磁能再转化成电能送入用户。当用户没有用电,则将微电源产生的电能全部送入超导储能装置中,以备后用。
当微电网并网运行时,如果用户正在用电,第一选择时将微电源产生的电能送入用户。如果微电源产生的电能不够,则可以利用超导储能装置中储存的能量,如果还不够用,则使用电网中的能量。
图2为微网系统中的冷却回路。利用超导能源管道中传输的液氢、液氮来对各超导装置中的超导线圈进行冷却。超导储能放置在液氢侧,利用液氢的低温提高超导线圈特性,从而提高超导储能的容量。超导电缆和超导有源滤波器可以放置在相近的位置,使液氮管道刚好经过两个装置的超导线圈中间,同时作为其冷却剂,减少敷设成本与能源损耗。
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)
1.一种多能源复合超导微网系统,其特征在于,包括微电源、超导储能装置、超导有源滤波器、超导限流器、超导能源管道、电网;所述超导储能装置、超导电缆和超导有源滤波器均并联在超导能源管道上;所述超导电缆和超导有源滤波器中分别复合有超导限流器和超导屏蔽层;
微电源包括太阳能、风能、水力、海浪、地热能、核能,超导能源管道中从内到外依次为液氢层、第一超导层、绝热层、电气绝缘层、第二超导层、电气绝缘层、液氮层、第三超导层、电气绝缘层、绝热层、液化天然气层、绝热层和护套;其中第一超导层作为超导储能装置的安装位置;第二超导层作为超导限流器的安装位置;第三超导层作为超导有源滤波器和超导屏蔽层的复合层;利用超导能源管道中传输的液氢、液氮来对各超导装置中的超导线圈进行冷却,超导储能放置在液氢侧,以提高超导储能的容量;
当微网系统孤岛运行时,超导能源管道中的能源正常传输,电能通过超导能源管道供给负荷;当微电源产生的电能过多时,将电能转化成电磁能储存在超导储能装置中;当微电源产生的电能不足时,将超导储能装置中的电磁能再转化成电能供给负荷;
当微网系统并网运行时,微电源产生的电能通过超导能源管道并入电网;并网的过程中,需要超导储能装置对瞬时大功率进行平衡,调节输出的电能,保证微网系统的稳定性;并网后,超导储能装置输出的电能与微电源发出的电能保持恒定。
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