本發(fā)明涉及定制電力技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有高供電品質(zhì)的超導(dǎo)直流定制電力系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來包括風(fēng)能、太陽能等在內(nèi)的多種自然能源被直接用作大容量并網(wǎng)或離網(wǎng)發(fā)電。由于自然能源具有間歇性、不穩(wěn)定性等技術(shù)問題，自然能源發(fā)電站的輸出功率和電壓存在較劇烈的動(dòng)態(tài)波動(dòng)性，往往需要增設(shè)額外的電力儲(chǔ)能設(shè)備，并通過動(dòng)態(tài)的電能吸收或補(bǔ)償操作以完成持續(xù)、穩(wěn)定的電能供用?，F(xiàn)有的電力儲(chǔ)能設(shè)備主要為蓄電池儲(chǔ)能器，但是其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢，無法實(shí)現(xiàn)快速的電能吸收或補(bǔ)償。具備快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高運(yùn)行效率特征的超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器可以彌補(bǔ)蓄電池儲(chǔ)能器的技術(shù)缺陷，但是其能量密度較低、研制成本昂貴。

根據(jù)電能負(fù)荷對(duì)供電可靠性和供電品質(zhì)的要求不同，為使供配電系統(tǒng)達(dá)到技術(shù)上的合理和經(jīng)濟(jì)上的節(jié)約，往往會(huì)對(duì)電能負(fù)荷進(jìn)行分級(jí)供電處理。具有不同電能質(zhì)量要求的直流電能負(fù)荷可以被分類為一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷、三級(jí)負(fù)荷、四級(jí)負(fù)荷等。目前，這種定制電力系統(tǒng)往往采用常規(guī)的電力電子技術(shù)和配電自動(dòng)化技術(shù)，受限于蓄電池儲(chǔ)能器的響應(yīng)速度和常規(guī)銅或鋁導(dǎo)線的導(dǎo)通損耗，現(xiàn)有的定制電力系統(tǒng)仍存在響應(yīng)速度較慢、運(yùn)行效率不高等問題。雖然利用高溫超導(dǎo)線制備的超導(dǎo)直流電纜、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器、超導(dǎo)故障限流器等超導(dǎo)電力裝置已逐漸應(yīng)用至直流輸配電系統(tǒng)中，用于代替常規(guī)的直流電力設(shè)備，但是，在定制電力技術(shù)領(lǐng)域中，由于超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器的能量密度低，而且在直流負(fù)荷對(duì)供電品質(zhì)要求高的情況下，需要大容量超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器，這就極大地增加了裝置研制成本。同時(shí)，由于傳輸線路的長(zhǎng)度影響，一旦超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器安裝位置確定，其只能快速響應(yīng)距離較近的傳輸線路上產(chǎn)生的功率波動(dòng)，而對(duì)于距離較遠(yuǎn)的傳輸線路上產(chǎn)生的功率波動(dòng)不能快速響應(yīng)，運(yùn)行效率不高，因此，超導(dǎo)電力裝置在定制電力技術(shù)領(lǐng)域的使用，仍存在很大的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：解決在定制電力技術(shù)中應(yīng)用超導(dǎo)電力裝置，存在裝置研制成本高，整體響應(yīng)速度不快，整體供電品質(zhì)不高的技術(shù)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：一種具有高供電品質(zhì)的超導(dǎo)直流定制電力系統(tǒng)，應(yīng)用于具有風(fēng)力發(fā)電站和/或光伏發(fā)電站的新能源系統(tǒng)中，所述新能源系統(tǒng)將其產(chǎn)生的直流電能輸送至第一超導(dǎo)母線上，所述第一超導(dǎo)母線通過一個(gè)斷路器和一個(gè)超導(dǎo)電抗器與超導(dǎo)電纜串聯(lián)連接，再經(jīng)過所述超導(dǎo)電纜將直流電能輸送至第二超導(dǎo)母線上，所述第二超導(dǎo)母線連接有多條超導(dǎo)支路，其中，每條超導(dǎo)支路由一個(gè)斷路器，一個(gè)超導(dǎo)電抗器和一條超導(dǎo)支路電纜串聯(lián)連接而成，每條超導(dǎo)支路電纜與相應(yīng)的直流負(fù)荷連接，并為所述直流負(fù)荷提供直流電能；

并且，所述第一超導(dǎo)母線、所述第二超導(dǎo)母線和至少一條具有超導(dǎo)電抗器的超導(dǎo)支路上各并聯(lián)連接一臺(tái)超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置，并通過相應(yīng)的超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置維持所述第一超導(dǎo)母線、所述第二超導(dǎo)母線和超導(dǎo)支路上直流電能功率的穩(wěn)定。

根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，在本發(fā)明具有高供電品質(zhì)的超導(dǎo)直流定制電力系統(tǒng)中，所述超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置包括超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器，所述超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器通過一個(gè)斬波器與外部設(shè)備并聯(lián)連接。

進(jìn)一步地，所述超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置還包括蓄電池儲(chǔ)能器，并且，所述蓄電池儲(chǔ)能器通過另一個(gè)斬波器與外部設(shè)備并聯(lián)連接。

根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，在本發(fā)明的所述超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置中，所述超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置響應(yīng)線路上直流電能的功率波動(dòng)時(shí)，首先啟動(dòng)所述超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器響應(yīng)線路上的直流電能功率波動(dòng)，并在直流電能功率波動(dòng)的持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間后，啟動(dòng)所述蓄電池儲(chǔ)能器，由所述蓄電池儲(chǔ)能器響應(yīng)線路上的直流電能功率波動(dòng)。

根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，在本發(fā)明具有高供電品質(zhì)的超導(dǎo)直流定制電力系統(tǒng)中，所述超導(dǎo)電抗器由一個(gè)無感超導(dǎo)線圈和一個(gè)超導(dǎo)電感線圈構(gòu)成，其中，所述超導(dǎo)無感線圈設(shè)置在所述超導(dǎo)電感線圈的空腔內(nèi)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明中，新能源系統(tǒng)通過第一超導(dǎo)母線和第二超導(dǎo)母線將直流電能傳送至與各個(gè)超導(dǎo)支路對(duì)應(yīng)連接的直流負(fù)荷，由于第一超導(dǎo)母線、第二超導(dǎo)母線和超導(dǎo)支路上分別并聯(lián)連接有相應(yīng)的超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置，因此，在第一超導(dǎo)母線、第二超導(dǎo)母線和超導(dǎo)支路上直流電能功率的波動(dòng)，均能夠通過相應(yīng)的超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行快速響應(yīng)，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和供電品質(zhì)，同時(shí)對(duì)安裝在第一超導(dǎo)母線、第二超導(dǎo)母線和超導(dǎo)支路上的超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置容量要求更小，降低了總的裝置研制成本。

2、本發(fā)明中，所采用的超導(dǎo)電抗器具有無感超導(dǎo)線圈，具有限制超導(dǎo)電纜和超導(dǎo)支路上的短路故障電流的作用。因此，當(dāng)出現(xiàn)短路故障電流時(shí)，線路上的電壓跌落，超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置需要補(bǔ)償直流電壓功率，由于超導(dǎo)電抗器的無感線圈具有限制短路故障電流的作用，使超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置需要補(bǔ)償?shù)闹绷鞴β什▌?dòng)變得更小，即對(duì)超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的容量要求更小，從而進(jìn)一步降低超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的研制成本。同時(shí)，由于超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置具有補(bǔ)償直流電能功率波動(dòng)的作用，使超導(dǎo)電抗器的無感超導(dǎo)線圈需要限制的短路故障電流變得更小，即對(duì)超導(dǎo)電抗器的容量要求更小，從而降低超導(dǎo)電抗器的研制成本。而且，結(jié)合超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置與超導(dǎo)電抗器的作用，有效地減緩線路上的電壓跌落問題，提高系統(tǒng)的整體供電品質(zhì)，并使新能源系統(tǒng)安全地完成低電壓穿越操作，避免大電流對(duì)新能源子系統(tǒng)造成設(shè)備損傷。

3、本發(fā)明中，由于超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置由蓄電池儲(chǔ)能器和超導(dǎo)儲(chǔ)能器組合而成，并且，先通過具有較小儲(chǔ)能容量的超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器對(duì)進(jìn)行快速響應(yīng)，并第一時(shí)間抑制直流電能功率波動(dòng)，然后當(dāng)直流電能功率波動(dòng)的持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間后，再通過具有較大儲(chǔ)能容量的蓄電池儲(chǔ)能器持續(xù)抑制直流電能功率波動(dòng)，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率以及直流電能的供電品質(zhì)。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明具有高供電品質(zhì)的超導(dǎo)直流定制電力系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明具有高供電品質(zhì)的超導(dǎo)直流定制電力系統(tǒng)，應(yīng)用于具有風(fēng)力發(fā)電站和/或光伏發(fā)電站的新能源系統(tǒng)，將該新能源系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電能輸送至直流負(fù)荷，同時(shí)提高向直流負(fù)荷提供的直流電能的品質(zhì)。

本發(fā)明具有高供電品質(zhì)的超導(dǎo)直流定制電力系統(tǒng)中，所述新能源系統(tǒng)將其產(chǎn)生的直流電能輸送至第一超導(dǎo)母線上，所述第一超導(dǎo)母線通過一個(gè)斷路器和一個(gè)超導(dǎo)電抗器與超導(dǎo)電纜串聯(lián)連接，再經(jīng)過所述超導(dǎo)電纜將直流電能輸送至第二超導(dǎo)母線上，所述第二超導(dǎo)母線連接有多條超導(dǎo)支路，其中，每條超導(dǎo)支路由一個(gè)斷路器，一個(gè)超導(dǎo)電抗器和一條超導(dǎo)支路電纜串聯(lián)連接而成，每條超導(dǎo)支路電纜與相應(yīng)的直流負(fù)荷連接，并為該直流負(fù)荷提供直流電能。

并且，所述第一超導(dǎo)母線、所述第二超導(dǎo)母線和至少一條具有超導(dǎo)電抗器的超導(dǎo)支路上各并聯(lián)連接一臺(tái)超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置，并通過相應(yīng)的超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置維持所述第一超導(dǎo)母線、所述第二超導(dǎo)母線和超導(dǎo)支路電纜上直流電能功率的穩(wěn)定。具體的，超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置通過儲(chǔ)存線路上過剩的直流電能，或者補(bǔ)償線路上不足的直流電能，而維持線路上直流電能功率的穩(wěn)定。

本發(fā)明中，第一超導(dǎo)母線與超導(dǎo)電纜之間設(shè)置超導(dǎo)電抗器，超導(dǎo)電抗器能夠限制超導(dǎo)電纜上的短路故障電流，并且由第一超導(dǎo)母線上設(shè)置的超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置補(bǔ)償?shù)谝怀瑢?dǎo)母線上跌落的直流電壓，從而使新能源系統(tǒng)安全地完成低電壓穿越操作，避免大電流對(duì)新能源子系統(tǒng)造成設(shè)備損傷。

而且，新能源系統(tǒng)通過第一超導(dǎo)母線和第二超導(dǎo)母線將直流電能傳送至與各個(gè)超導(dǎo)支路對(duì)應(yīng)連接的直流負(fù)荷，由于第一超導(dǎo)母線、第二超導(dǎo)母線和超導(dǎo)支路上分別并聯(lián)連接有相應(yīng)的超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置，因此，在第一超導(dǎo)母線、第二超導(dǎo)母線和超導(dǎo)支路上直流電能功率的波動(dòng)，均能夠通過相應(yīng)的超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行快速響應(yīng)，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和供電品質(zhì)，同時(shí)對(duì)安裝在第一超導(dǎo)母線、第二超導(dǎo)母線和超導(dǎo)支路上的超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置容量要求更小，降低了總的裝置研制成本。

本發(fā)明中，超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置直接采用超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器，但是由于一般超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器的容量比較小，如果第一超導(dǎo)母線、所述第二超導(dǎo)母線和超導(dǎo)支路上的直流電能功率的波動(dòng)較為嚴(yán)重或持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，則超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器必須由超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器和蓄電池儲(chǔ)能器構(gòu)成，而且超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器和蓄電池儲(chǔ)能器分別通過一個(gè)斬波器與第一超導(dǎo)母線或第二超導(dǎo)母線或超導(dǎo)支路并聯(lián)連接。

具體的，在由超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器和蓄電池儲(chǔ)能器構(gòu)成的超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置中，當(dāng)線路上出現(xiàn)直流電能功率波動(dòng)，首先通過該線路上設(shè)置的超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器對(duì)該線路上的直流電能功率波動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)，并在該線路上直流電能功率波動(dòng)時(shí)間持續(xù)時(shí)間超過設(shè)定值后，切換為由該線路上設(shè)置的蓄電池儲(chǔ)能器對(duì)該線路上的直流電能功率波動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)。不僅保證線路上的直流電能功率波動(dòng)能夠被快速吸收/補(bǔ)償，同時(shí)還能夠持續(xù)地維持線路上的直流電能功率的穩(wěn)定。

同時(shí)，本發(fā)明中采用的超導(dǎo)電抗器由一個(gè)無感超導(dǎo)線圈和一個(gè)超導(dǎo)電感線圈構(gòu)成，其中，超導(dǎo)無感線圈設(shè)置在超導(dǎo)電感線圈的空腔內(nèi)。超導(dǎo)電感線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)作為超導(dǎo)無感線圈的背景磁場(chǎng)，從而減小了超導(dǎo)無感線圈在故障運(yùn)行情況下的臨界電流值，增大了超導(dǎo)無感線圈的限流電阻值。

在正常運(yùn)行情況下，超導(dǎo)電感線圈用于補(bǔ)償超導(dǎo)電纜和超導(dǎo)支路上的直流紋波電壓。在故障運(yùn)行情況下，超導(dǎo)無感線圈用于限制超導(dǎo)電纜和超導(dǎo)支路上的短路故障電流，因此，當(dāng)出現(xiàn)短路故障電流時(shí)，線路上的電壓跌落，超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置需要補(bǔ)償直流電能功率波動(dòng)，由于超導(dǎo)電抗器的無感線圈具有限制短路故障電流的作用，使超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置需要補(bǔ)償?shù)闹绷鞴β什▌?dòng)變得更小，即對(duì)超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的容量要求更小，從而進(jìn)一步降低超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的研制成本。同時(shí)，由于超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置具有補(bǔ)償直流電能功率波動(dòng)的作用，使超導(dǎo)電抗器的無感超導(dǎo)線圈需要限制的短路故障電流變得更小，即對(duì)超導(dǎo)電抗器的容量要求更小，從而降低超導(dǎo)電抗器的研制成本。

在本發(fā)明實(shí)施時(shí)，本發(fā)明中的斷路器在其連接的線路上的短路故障持續(xù)時(shí)間超過一定時(shí)間后，完成切斷該線路的操作。即在超導(dǎo)電纜上短路故障的持續(xù)時(shí)間超過閾值時(shí)，第一超導(dǎo)母線通過與其相連接的斷路器切斷對(duì)超導(dǎo)電纜的供電。在超導(dǎo)支路電纜短路故障的持續(xù)時(shí)間超過一定時(shí)間后，第二超導(dǎo)母線通過相應(yīng)的斷路器切斷對(duì)超導(dǎo)支路的供電。

結(jié)合圖1所示的本發(fā)明具有高供電品質(zhì)的超導(dǎo)直流定制電力系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，新能源系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電站和光伏發(fā)電站構(gòu)成，風(fēng)力發(fā)電站通過變流器與第一超導(dǎo)母線連接，光伏發(fā)電站通過斬波器與第一超導(dǎo)母線連接。

具體的，風(fēng)力發(fā)電站和光伏發(fā)電站將各自產(chǎn)生的直流電能輸送至第一超導(dǎo)母線上，第一超導(dǎo)母線通過一個(gè)斷路器和一個(gè)超導(dǎo)電抗器與超導(dǎo)電纜串聯(lián)連接，再經(jīng)過超導(dǎo)電纜將直流電能輸送至第二超導(dǎo)母線上，第二超導(dǎo)母線連接有四條超導(dǎo)支路，每條超導(dǎo)支路對(duì)應(yīng)具有不同供電品質(zhì)等級(jí)需求的直流負(fù)荷。

其中，第一超導(dǎo)支路由一個(gè)斷路器、一個(gè)超導(dǎo)電抗器和第一超導(dǎo)支路電纜構(gòu)成，第一超導(dǎo)支路電纜上并聯(lián)一個(gè)超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置，該超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置由超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器和蓄電池儲(chǔ)能器構(gòu)成，第一超導(dǎo)支路對(duì)應(yīng)一級(jí)負(fù)荷。第二超導(dǎo)支路由一個(gè)斷路器、一個(gè)超導(dǎo)電抗器和第二超導(dǎo)支路電纜構(gòu)成，第二超導(dǎo)支路電纜上并聯(lián)一個(gè)超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置，該超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置直接采用超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器，第二超導(dǎo)支路對(duì)應(yīng)二級(jí)負(fù)荷。第三超導(dǎo)支路由一個(gè)斷路器、一個(gè)超導(dǎo)電抗器和第三超導(dǎo)支路電纜構(gòu)成，第三超導(dǎo)支路對(duì)應(yīng)三級(jí)負(fù)荷。第四超導(dǎo)支路由一個(gè)斷路器和第四超導(dǎo)支路電纜構(gòu)成，第四超導(dǎo)支路對(duì)應(yīng)四級(jí)負(fù)荷。

在定制電力技術(shù)領(lǐng)域，在本發(fā)明公開的技術(shù)方案上，對(duì)各個(gè)超導(dǎo)支路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)客戶對(duì)負(fù)荷直流電能品質(zhì)的不同需求。