CN117479363B - 一种储能用高电压感应加热熔盐系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种储能用高电压感应加热熔盐系统，包括：进线滤波器、多脉波变压器、电源滤波器、感应电源系统、可控电抗器以及三相感应加热器；进线滤波器与多脉波变压器电连接，用于消除多脉波变压器在工作过程中的高次谐波；多脉波变压器用于从高压电网获取电能，并输出至少三组相位错开的三相电能；三组相位错开的三相电能经过电源滤波器后将电能输送至感应电源系统；感应电源系统经过可控电抗器将电能输送给三相感应加热器后给熔盐储能系统供热。
Description
技术领域
本发明涉及熔盐储热技术领域，特别是涉及一种储能用高电压感应加热熔盐系统。
背景技术
近年来，随着熔盐储热技术的逐渐成熟，大量的熔盐储能光热电站、基于熔盐储能的谷电蒸汽供应项目和基于熔盐储能的火电厂去煤化改造项目开始建设，这些熔盐储热场景中大部分需要大功率熔盐电加热技术。
现有市场熔盐电加热技术主要以电热管式加热器为主，而通过电磁感应加热熔盐技术正刚刚起步。感应加热具有寿命长不易损坏，单体加热单元功率大，加热功率密度高，绝缘易实现的优点，解决了电热管式加热器寿命短，串并联电热管数量多，难以实现高电压加热等诸多问题。
然而，传统的感应加热技术仍然存在感应加热效率低，电源拓扑复杂，谐波污染严重的问题，从而导致传统感应加热难以应用到大功率熔盐加热中来。
发明内容
基于此，有必要针对现有感应加热技术存在感应加热效率低的问题，提供一种储能用高电压感应加热熔盐系统。
本发明提供了一种储能用高电压感应加热熔盐系统，包括：进线滤波器、多脉波变压器、电源滤波器、感应电源系统、可控电抗器以及三相感应加热器；
所述进线滤波器与所述多脉波变压器电连接，用于消除所述多脉波变压器在工作过程中的高次谐波；
所述多脉波变压器用于从高压电网获取电能，并输出相位错开的三相电能；
三组相位错开的三相电能经过所述电源滤波器后将电能输送至所述感应电源系统；
所述感应电源系统经过所述可控电抗器将电能输送给所述三相感应加热器后给熔盐储能系统供热。
在其中一个实施例中，所述进线滤波器为三相高通滤波，所述三相高通滤波的截止频率为（m-1）×50Hz，其中，m为大于等于6的整数。
在其中一个实施例中，所述电源滤波器为τ型滤波器。
在其中一个实施例中，所述感应电源系统为三相独立且结构相同的晶闸管串联组件；每相的晶闸管串联组件之间为串联连接，晶闸管串联组件根据电压等级设置至少两个反并联晶闸管串联，晶闸管两端并联阻容均压电路。
在其中一个实施例中，所述阻容均压电路包括静态均压电阻Rd、动态均压电阻R和动态均压电容C；所述动态均压电阻R与动态均压电容C串联后再与所述静态均压电阻Rd并联。
在其中一个实施例中，所述可控电抗器为磁饱和电抗器。
在其中一个实施例中，三相感应加热器中的感应加热装置中的支路的温度控制方法为：
计算三相感应加热器的设定温度t0与每个单个支路的反馈温度tnx的差值Δtnx；
将Δtnx输入到三相感应加热器中的温度控制器中，计算输出支路设定功率pnx0；
计算支路设定功率pnx0与实际支路功率pnx的差值Δpnx，将Δpnx输入到三相感应加热器中的功率控制器中得到αnx作为延时信号。
本发明的有益效果包括：
本发明提供的储能用高电压感应加热熔盐系统，感应电源系统采用三相独立且结构相同的晶闸管串联组件，利用三相晶闸管调压器原理的感应电源系统和三相感应加热器组成的加热系统，实现了大功率储能中的熔盐感应电加热。同时，采用多脉波变压器大幅降低三相晶闸管调压器原理的感应电源在工作中的特征次谐波；通过增加进线滤波器，可进一步消除感应电源系统在相控工作过程中的高次谐波；通过增加电源滤波器，可以进一步降低电源工作过程中产生的谐波，同时可以对感应电源系统起到保护作用，防止过压过流损坏；通过每个回路增加可控电抗器，来调整回路间的阻抗差异性，保证每个回路功率和温度均匀。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的储能用高电压感应加热熔盐系统的示意图；
图2为本发明一实施例提供的储能用高电压感应加热熔盐系统的内部电路连接示意图；
图3为本发明一实施例提供的阻容均压电路的电路图；
图4为本发明一实施例提供的三相感应加热器的控制方法示意图；
图5为本发明一实施例提供的三相感应加热器的阻抗平衡控制方法示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
如图1并结合图2所示，本发明提供了一种储能用高电压感应加热熔盐系统，包括：进线滤波器、多脉波变压器、电源滤波器、感应电源系统、可控电抗器以及三相感应加热器；其中，进线滤波器与多脉波变压器电连接，用于消除多脉波变压器在工作过程中的高次谐波；多脉波变压器用于从高压电网获取电能，并输出至少三组相位错开的三相电能；三组相位错开的三相电能经过电源滤波器后将电能输送至感应电源系统；感应电源系统经过可控电抗器将电能输送给三相感应加热器后给熔盐储能系统供热。
本发明中的多脉波变压器直接从高压电网取电，并输出多组相位错开的三相电能。为了能满足国家标准《GB/T 14549-93 电能质量 公用电网谐波》的要求，至少需要输出3组构成18脉波或4组构成24脉波输出，该变压器一般输入为三相6kV及以上，输出多组电压也是6kV以上，变压器短路阻抗为4%~12%，如果变压器容量较大，可拆分为多台以实现多脉波隔离输出。
上述技术方案，感应电源系统采用三相独立且结构相同的晶闸管串联组件，利用三相晶闸管调压器原理的感应电源系统和三相感应加热器组成的加热系统，实现了大功率储能中的熔盐感应电加热。同时，采用多脉波变压器大幅降低三相晶闸管调压器原理的感应电源在工作中的特征次谐波；通过增加进线滤波器，可进一步消除感应电源系统在工作过程中的高次谐波；通过增加电源滤波器，可以进一步降低电源工作过程中产生的谐波，同时可以对感应电源系统起到保护作用，防止过压过流损坏；通过每个回路增加可控电抗器，来调整回路间的阻抗差异性，保证每个回路功率和温度均匀。
在一些实施例中，进线滤波器为三相高通滤波，三相高通滤波的截止频率为（m-1）×50Hz，其中，m为大于等于6的整数，电源滤波器为τ型滤波器。
在本实施例中，进线滤波器和电源滤波器均用于滤除系统中特征次谐波和部分高次谐波。由于多脉波变压器的脉波数m设计为18脉以上，主要谐波含量为高次谐波，因此进线滤波器设计为三相高通滤波。m脉波高通滤波器截止频率f0设计为（m-1）×50Hz，达到滤除高次谐波的目的。电源滤波器选取τ型滤波器，起到滤除谐波和保护感应电源系统的作用。
在一些实施例中，如图3所示，感应电源系统为三相独立且结构相同的晶闸管串联组件；每相的晶闸管串联组件之间为串联连接，晶闸管串联组件根据电压等级设置至少两个反并联晶闸管串联，本实施例以选择两个反并联晶闸管串联为例进行说明，晶闸管两端并联阻容均压电路。
在本实施例中，感应电源系统由三相晶闸管调压器等部分构成，该晶闸管调压器与在电阻加热等领域常规晶闸管调压器相比，每相晶闸管调压器一般由多只可耐高压的晶闸管串联而成，具有高电压输入与高电压输出的特点。其次，为了在工作过程中实现晶闸管均压，在每只串联晶闸管两端并连了均压电阻和阻容吸收。电源在工作时，可以通过控制这些晶闸管的通断，来控制施加在感应加热器上面的电压，进而控制熔盐加热器的运行功率。该种电源拓扑简单，非常适用于三相负载基本均衡的感应加热。由于每相被加热负载基本均衡，无需进行大范围单独调功。这样既保证了三相感应加热后的熔盐温度基本相同，也保证了电网的三相平衡。
在一些实施例中，如图3所示，本发明中的阻容均压电路包括静态均压电阻Rd、动态均压电阻R和动态均压电容C；动态均压电阻R与动态均压电容C串联后再与静态均压电阻Rd并联。
在一些实施例中，可控电抗器为磁饱和电抗器。
在本实施例中，可控电抗器用于在三相感应加热器负载阻抗不一致时，来调整单台回路或单相回路阻抗。串联可控电抗器可由串联可控磁饱和电抗器等可控电抗器来实现，阻抗电压可设计为0-5%可调。不同感应加热器往往由于温度区段、制造批次等原因造成阻抗和功率因数不完全一致，而这会导致不同台或不同相电流和功率的不一致，进而导致温度不一致并影响谐波抑制效果。通过测量不同回路感应加热器的电流值，将电流偏高的回路中的可控电抗电感值进行调高，可使得系统不同回路和不同相间的阻抗一致性提高，并保证了各支路温度均匀性。
在一些实施例中，本发明中三相感应加热器中第n个感应加热装置中第x个支路的温度控制方法为：
计算三相感应加热器的设定温度t0与每个单个支路的反馈温度tnx的差值Δtnx；将Δtnx输入到三相感应加热器中的温度控制器中，计算输出支路设定功率pnx0；计算支路设定功率pnx0与实际支路功率pnx的差值Δpnx，将Δpnx输入到三相感应加热器中的功率控制器中得到αnx作为延时信号。
具体的，参考图1所示，本申请中三相感应加热器中有四个感应加热装置，参考图2所示，每个三相感应加热器中有三个回路，每个回路中的控制程序都是独立的。参考图4所示，其中一个感应加热装置中的第一或第二或第三回路中的温度控制方法为：计算三相感应加热器的设定温度t0与每个单个支路的反馈温度tnx的差值Δtnx；将Δtnx输入到三相感应加热器中的温度控制器中，计算输出支路设定功率pnx0；计算支路设定功率pnx0与实际支路功率pnx的差值Δpnx，将Δpnx输入到三相感应加热器中的功率控制器中得到αnx作为延时信号。
在本实施例中，三相感应加热器内部由高电压感应线圈、磁轭和熔盐管道等部分组成。三相熔盐感应加热器与传统感应加热相比，可将三相电网通过调压感应电源，直接产生三相磁场来对熔盐进行加热。
该三相感应加热器的主回路连接：为实现熔盐加热器的谐波最小化，采用3相6根电缆将三相感应加热器线圈首尾分别与电源与三相电网连接起来，这种连接方法与常规的Δ连接方法相比，可以大幅降低电源的谐波发生量。
控制方法：为了提高出口熔盐控制精度，防止由于熔盐管道不均流造成支路熔盐局部过温。与传统移相控制算法不同，采用了每个支路独立控温调功的控制算法。如图4所示，第n个感应加热装置中第x个支路的温度控制算法如下图所示：熔盐加热系统的设定温度t0与每个单个支路反馈温度tnx比较，误差作为温度控制器计算后输出支路设定功率Pnx0，与实际支路功率Pnx计算后得到ΔPnx，输入功率控制器得到αnx作为延时信号，输入到驱动电路后产生触发信号驱动晶闸管。为了保证三相均流和有效的谐波抑制，各支路αnx的最大差异应小于2°。在独立控制算法下，即使各支路熔盐不完全均流，也能降低各支路熔盐输出温度的不平衡度，提高了支路熔盐温度控制精度的同时，也改善了总熔盐支路的控温精度。
为了改善由于不同加热器回路由于阻抗不一致造成的功率和温度不均，如图5所示，引入阻抗平衡控制策略：通过测量所有回路电压un与电流in，计算获得阻抗值Zn，并求得平均阻抗值Z。每个回路阻抗Zn与平均阻抗Z对比，并将差值作为阻抗控制器输入，计算获得该路电抗调整值Ln，作为可控电抗调整目标值。可控电抗可设计为回路阻抗0-5%可调，该法将大大提高系统控制灵活性和容错性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种储能用高电压感应加热熔盐系统，其特征在于，包括：进线滤波器、多脉波变压器、电源滤波器、感应电源系统、可控电抗器以及三相感应加热器；
所述进线滤波器与所述多脉波变压器电连接，用于消除所述多脉波变压器在工作过程中的高次谐波；
所述多脉波变压器用于从高压电网获取电能，并输出相位错开的三相电能；
三组相位错开的三相电能经过所述电源滤波器后将电能输送至所述感应电源系统；
所述感应电源系统经过所述可控电抗器将电能输送给所述三相感应加热器后给熔盐储能系统供热；所述感应电源系统为三相独立且结构相同的晶闸管串联组件；每相的晶闸管串联组件之间为串联连接，晶闸管串联组件根据电压等级设置至少两个反并联晶闸管串联，晶闸管两端并联阻容均压电路；
三相感应加热器中的感应加热装置中的支路的温度控制方法为：计算三相感应加热器的设定温度t0与每个单个支路的反馈温度tnx的差值Δtnx；将Δtnx输入到三相感应加热器中的温度控制器中，计算输出支路设定功率pnx0；计算支路设定功率pnx0与实际支路功率pnx的差值Δpnx，将Δpnx输入到三相感应加热器中的功率控制器中得到αnx作为延时信号。
2.根据权利要求1所述的储能用高电压感应加热熔盐系统，其特征在于，所述进线滤波器为三相高通滤波，所述三相高通滤波的截止频率为（m-1）×50Hz，其中，m为大于等于6的整数。
3.根据权利要求1所述的储能用高电压感应加热熔盐系统，其特征在于，所述电源滤波器为τ型滤波器。
4.根据权利要求1所述的储能用高电压感应加热熔盐系统，其特征在于，所述阻容均压电路包括静态均压电阻Rd、动态均压电阻R和动态均压电容C；所述动态均压电阻R与动态均压电容C串联后再与所述静态均压电阻Rd并联。
5.根据权利要求1所述的储能用高电压感应加热熔盐系统，其特征在于，所述可控电抗器为磁饱和电抗器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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