本發(fā)明涉及定制電力技術領域，特別涉及一種具有高供電品質的超導交流定制電力系統(tǒng)。

背景技術：

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

根據電能負荷對供電可靠性和供電品質的要求不同，為使供配電系統(tǒng)達到技術上的合理和經濟上的節(jié)約，往往會對電能負荷進行分級供電處理。具有不同電能質量要求的交流電能負荷可以被分類為一級負荷、二級負荷、三級負荷、四級負荷等。目前，定制電力系統(tǒng)往往采用常規(guī)的電力電子技術和配電自動化技術，受限于蓄電池儲能器的響應速度和常規(guī)銅或鋁導線的導通損耗，現(xiàn)有的定制電力系統(tǒng)仍存在響應速度較慢、運行效率不高等問題。雖然利用高溫超導線制備的超導交流電纜、常規(guī)超導變壓器、超導磁儲能器、超導故障限流器等超導電力裝置已逐漸應用至交流輸配電系統(tǒng)中，用于代替常規(guī)的交流電力設備，但是，在定制電力技術領域中，由于超導磁儲能器的能量密度低，而且在交流負荷對供電品質要求高的情況下，需要大容量超導磁儲能器，這就極大地增加了裝置研制成本。同時，由于傳輸線路的長度影響，一旦超導磁儲能器安裝位置確定，其只能快速響應距離較近的傳輸線路上產生的功率波動，而對于距離較遠的傳輸線路上產生的功率波動不能快速響應，運行效率不高，因此，超導電力裝置在定制電力技術領域的使用，仍存在很大的限制。

技術實現(xiàn)要素：

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

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：一種具有高供電品質的超導交流定制電力系統(tǒng)，應用于具有風力發(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)將其產生的交流電能輸送至第一超導母線上，所述第一超導母線通過一個斷路器和一個超導限流變壓器與超導電纜串聯(lián)連接，再經過所述超導電纜將交流電能輸送至第二超導母線上，所述第二超導母線連接有多條超導支路，其中，每條超導支路由一個斷路器，一個常規(guī)超導變壓器或超導限流變壓器和一條超導支路電纜串聯(lián)連接而成，每條超導支路電纜與相應的交流負荷連接，并為該交流負荷提供交流電能；

并且，所述第一超導母線、所述第二超導母線和至少一條具有超導限流變壓器的超導支路上各并聯(lián)連接一臺超導儲能裝置，并通過相應的超導儲能裝置維持所述第一超導母線、所述第二超導母線和所述超導支路上交流電能功率的穩(wěn)定。

根據一種具體的實施方式，在本發(fā)明具有高供電品質的超導交流定制電力系統(tǒng)中，所述超導儲能裝置包括超導磁儲能器，所述超導磁儲能器通過一個變流器與外部交流電能傳輸線路并聯(lián)連接.

進一步地，所述超導儲能裝置還包括蓄電池儲能器，并且，所述蓄電池儲能器通過另一個變流器與外部交流電能傳輸線路并聯(lián)連接。

根據一種具體的實施方式，在本發(fā)明的所述超導儲能裝置中，所述超導儲能裝置響應線路上交流電能的功率波動時，首先啟動所述超導磁儲能器響應線路上的交流電能功率波動，并在交流電能功率波動的持續(xù)時間超過設定時間后，啟動所述蓄電池儲能器，由所述蓄電池儲能器響應線路上的交流電能功率波動。

根據一種具體的實施方式，在本發(fā)明具有高供電品質的超導交流定制電力系統(tǒng)中，所述超導限流變壓器還具有無感超導線圈，用于限制所述超導電纜和超導支路上的短路故障電流。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明中，新能源系統(tǒng)通過第一超導母線和第二超導母線將交流電能傳送至與各個超導支路對應連接的交流負荷，由于第一超導母線、第二超導母線和超導支路上分別并聯(lián)連接有相應的超導儲能裝置，因此，在第一超導母線、第二超導母線和超導支路上交流電能功率的波動，均能夠通過相應的超導儲能裝置進行快速響應，提高了系統(tǒng)的響應速度和供電品質，同時對安裝在第一超導母線、第二超導母線和超導支路上的超導儲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，所采用的超導限流變壓器具有無感超導線圈，具有限制超導電纜和超導支路上的短路故障電流的作用。因此，當出現(xiàn)短路故障電流時，線路上的電壓跌落，超導儲能裝置需要補償交流電壓功率，由于超導限流變壓器的無感線圈具有限制短路故障電流的作用，使超導儲能裝置需要補償?shù)慕涣鞴β什▌幼兊酶?，即對超導儲能裝置的容量要求更小，從而進一步降低超導儲能裝置的研制成本。同時，由于超導儲能裝置具有補償交流電能功率波動的作用，使超導限流變壓器中的無感超導線圈需要限制的短路故障電流變得更小，即對超導限流變壓器的容量要求更小，從而降低超導限流變壓器的研制成本。而且，結合超導儲能裝置與超導限流變壓器的作用，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，并使新能源系統(tǒng)安全地完成低電壓穿越操作，避免大電流對新能源子系統(tǒng)造成設備損傷。

3、本發(fā)明中，由于超導儲能裝置由蓄電池儲能器和超導磁儲能器組合而成，并且，先通過具有較小儲能容量的超導磁儲能器對進行快速響應，第一時間抑制交流電能功率波動，然后當交流電能功率波動的持續(xù)時間超過設定時間后，再通過具有較大儲能容量的蓄電池儲能器持續(xù)抑制交流電能功率波動，從而提高系統(tǒng)的運行效率以及交流電能的供電品質。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明具有高供電品質的超導交流定制電力系統(tǒng)的一種實施方式的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合試驗例及具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明內容所實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明具有高供電品質的超導交流定制電力系統(tǒng)，應用于具有風力發(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)產生的交流電能輸送至交流負荷，同時提高向交流負荷提供的交流電能的品質。

本發(fā)明具有高供電品質的超導交流定制電力系統(tǒng)中，所述新能源系統(tǒng)將其產生的交流電能輸送至第一超導母線上，所述第一超導母線通過一個斷路器和一個超導限流變壓器與超導電纜串聯(lián)連接，再經過所述超導電纜將交流電能輸送至第二超導母線上，所述第二超導母線連接有多條超導支路，其中，每條超導支路由一個斷路器，一個常規(guī)超導變壓器或超導限流變壓器和一條超導支路電纜串聯(lián)連接而成，每條超導支路電纜與相應的交流負荷連接，并為該交流負荷提供交流電能。

并且，所述第一超導母線、所述第二超導母線和至少一條具有超導限流變壓器的超導支路上各并聯(lián)連接一臺超導儲能裝置，并通過相應的超導儲能裝置維持第一超導母線、第二超導母線和相應超導支路上交流電能功率的穩(wěn)定。具體的，超導儲能裝置通過儲存線路上過剩的交流電能，或者補償線路上不足的交流電能，而維持線路上交流電能功率的穩(wěn)定。

本發(fā)明中，第一超導母線與超導電纜之間設置超導限流變壓器，超導限流變壓器能夠限制超導電纜上的短路故障電流，并且由于第一超導母線上設置的超導儲能裝置補償?shù)谝怀瑢妇€上跌落的交流電壓，從而使新能源系統(tǒng)安全地完成低電壓穿越操作，避免大電流對新能源子系統(tǒng)造成設備損傷。

而且，新能源系統(tǒng)通過第一超導母線和第二超導母線將交流電能傳送至與各個超導支路對應連接的交流負荷，由于第一超導母線、第二超導母線和超導支路上分別并聯(lián)連接有相應的超導儲能裝置，因此，在第一超導母線、第二超導母線和超導支路上交流電能功率的波動，均能夠通過相應的超導儲能裝置進行快速響應，提高了系統(tǒng)的響應速度和供電品質，同時對安裝在第一超導母線、第二超導母線和超導支路上的超導儲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，超導儲能裝置直接采用超導磁儲能器，但是由于一般超導磁儲能器的容量比較小，如果第一超導母線、所述第二超導母線和超導支路上的交流電能功率的波動較為嚴重或持續(xù)時間長，則超導磁儲能器必須由超導磁儲能器和蓄電池儲能器構成，而且超導磁儲能器和蓄電池儲能器分別通過一個變流器與第一超導母線或第二超導母線或超導支路并聯(lián)連接。

具體的，在由超導磁儲能器和蓄電池儲能器構成的超導儲能裝置中，當線路上出現(xiàn)交流電能功率波動，首先通過該線路上設置的超導磁儲能器對該線路上的交流電能功率波動進行響應，并在該線路上交流電能功率波動時間持續(xù)時間超過設定值后，切換為由該線路上設置的蓄電池儲能器對該線路上的交流電能功率波動進行響應。不僅保證線路上的交流電能功率波動能夠被快速吸收/補償，同時還能夠持續(xù)地維持線路上的交流電能功率的穩(wěn)定。

同時，本發(fā)明中采用的超導限流變壓器具有無感超導線圈，具有限制超導電纜和超導支路電纜上的短路故障電流的作用。因此，當出現(xiàn)短路故障電流時，線路上的電壓跌落，超導儲能裝置需要補償交流電壓功率，由于超導限流變壓器的無感線圈具有限制短路故障電流的作用，使超導儲能裝置需要補償?shù)慕涣鞴β什▌幼兊酶。磳Τ瑢δ苎b置的容量要求更小，從而進一步降低超導儲能裝置的研制成本。同時，由于超導儲能裝置具有補償交流電能功率波動的作用，使超導限流變壓器中的無感超導線圈需要限制的短路故障電流變得更小，即對超導限流變壓器的容量要求更小，從而降低超導限流變壓器的研制成本。

在實施時，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)時間超過閾值時，完成切斷該線路的操作。即在超導電纜上短路故障的持續(xù)時間超過一定時間后，第一超導母線通過與其相連接的斷路器切斷對超導電纜的供電。在超導支路電纜短路故障的持續(xù)時間超過一定時間后，第二超導母線通過相應的斷路器切斷對超導支路的供電。

結合圖1所示的本發(fā)明具有高供電品質的超導交流定制電力系統(tǒng)的一種實施方式的結構示意圖；其中，新能源系統(tǒng)由風力發(fā)電站和光伏發(fā)電站構成，風力發(fā)電站通過變壓器與第一超導母線連接，光伏發(fā)電站通過變流器與第一超導母線連接。

具體的，風力發(fā)電站和光伏發(fā)電站將各自產生的交流電能輸送至第一超導母線上，第一超導母線通過一個斷路器和一個超導限流變壓器與超導電纜串聯(lián)連接，再經過超導電纜將交流電能輸送至第二超導母線上，第二超導母線連接有四條超導支路，每條超導支路對應具有不同供電品質等級需求的交流負荷。

其中，第一超導支路由一個斷路器、一個超導限流變壓器和第一超導支路電纜構成，第一超導支路電纜上并聯(lián)一個超導儲能裝置，該超導儲能裝置由超導磁儲能器和蓄電池儲能器構成，第一超導支路對應一級負荷。第二超導支路由一個斷路器、一個超導限流變壓器和第二超導支路電纜構成，第二超導支路電纜上并聯(lián)一個超導儲能裝置，該超導儲能裝置直接采用超導磁儲能器，第二超導支路對應二級負荷。第三超導支路由一個斷路器、一個超導限流變壓器和第三超導支路電纜構成，第三超導支路對應三級負荷。第四超導支路由一個斷路器、一個常規(guī)超導變壓器和第四超導支路電纜構成，第四超導支路對應四級負荷。

在定制電力技術領域，在本發(fā)明公開的技術方案上，對各個超導支路的結構進行調整，以適應客戶對負荷交流電能品質的不同需求。