本发明专利技术公开了一种移动式高温超导磁储能装置，包括监控子系统、功率调节子系统、超导磁体和低温子系统，它们集成在一便于移动的箱体内，监控子系统用于采集和记录电力系统和所述高温超导磁储能装置的实时状态，并发出控制指令给功率调节子系统；功率调节子系统交流侧和电力系统连接，其根据监控子系统发出的指令实现超导磁体和电力系统之间的功率交换；超导磁体密闭在杜瓦中，磁体两端通过电流引线与功率调节子系统的变流器的直流侧相连接；低温子系统与杜瓦相连接，用于将杜瓦内抽至真空，并使磁体保持冷却在工作温区。本发明专利技术通过实时的补偿电力系统功率不平衡，提高电力系统的暂态稳定性，同时具备可移动性，可以灵活的选择安装地点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能装置领域，具体涉及一种高温超导磁储能装置，用于提高电力系 统的暂态稳定性。
技术介绍
超导磁储能(SuperconductingMagnetic Energy Storage, SMES)原理是通过低 温子系统将密闭在杜瓦内的超导线圈冷却至超导态，利用超导线圈的高效储能特性以及现 代电力电子装置快速的能量转换特性，与相连的电力系统进行动态有功和无功功率交换， 实现提高电力系统稳定性的目的。SMES主要分为高温超导磁储能(High Temperature SMES，HT-SMES)和低温超导 磁储能(Low Temperature SMES，LT-SMES)两类。LT-SMES的储能线圈工作在液氦温区 (4. I)，需要采用液氦浸泡冷却；HT-SMES常用的是铋(Bi)系或和钇(Y)系高温超导材料， 工作温度一般高于20K，可以采用液氮浸泡冷却或传导冷却的方式。和浸泡式冷却相比，传 导冷却(或称直接冷却)方式不需要添加冷媒，更利于电力系统的实际应用。美国于1982年将一台30MJ/10MW的LT-SMES安装在500kV高压输电线路上用来 抑制低频振荡和支撑系统电压。美国超导公司(ASC)用于提高电网稳定性和可靠性的分布 式SMES (Distributed SMES, D-SMES)采用了低温超导磁储能技术和车载式技术，相关专利 的内容主要涉及D-SMES在电力系统中的应用，如利用SMES快速的功率响应特性与电力系 统进行能量交换，提高电力系统稳定性、提高系统的电压稳定性和对系统进行无功补偿等。 韩、日、法等国也已研制成功车载式低温超导SMES。但低温超导SMES制冷效率低，采用浸泡 式冷却，在使用过程中须补充液态冷媒。专利US07/923，683涉及一种直接冷却高温超导SMES，但未采用车载式以及在电 力系统稳定控制方面的应用。目前国际上直接冷却HTc-SMES研制成功并已报道的有两台， 均为日本研制，储能容量分别是4kJ和50kJ，均为固定安装方式，不能在实际系统中灵活的 选择安装地点。
技术实现思路
本专利技术提出一种移动式高温超导磁储能装置(Movable SMES，M-SMES)，用于提高 电力系统暂态稳定性。该装置包括监控子系统、功率调节子系统、超导磁体和低温子系统 4个部分，整套装置整合在一台便于移动的集装箱内，具有高温超导、直接冷却和可移动性 的技术特点，本装置制冷效率高，不需要补充液态冷媒，在接入点进行简单接线即可投入使 用，能够灵活的选择安装地点，抑制电力系统的功率振荡，提高系统的动态稳定性。本专利技术解决其技术问题采用以下方案本专利技术的移动式高温超导磁储能装置包括监控子系统、功率调节子系统、超导磁 体和低温子系统4个部分，它们均集中安装于一箱体内。所述监控子系统采集和记录电 力系统及M-SMES的实时状态，根据既定的上层控制算法对功率调节子系统发出指令，实现M-SMES和电力系统的功率交换或保护动作。所述功率调节子系统交流侧和电力系统连接， 用于实现超导线圈和电力系统之间进行功率交换。超导磁体密闭在杜瓦中，磁体两端通过 电流引线与变流器的直流侧相连接。低温子系统的真空泵和制冷机分别与杜瓦相连接，将 杜瓦内抽至真空，并将磁体冷却至工作温区。所述监控子系统包括监控计算机、录波单元和测量控制单元三部分。监控计算机 提供SMES操作与状态反馈的人机接口。录波单元主要由硬件结构相同的多个录波数据采 集插件组成，用于记录M-SMES及其相连的电力系统的运行状态。测量控制单元实时的采集 M-SMES和所接电力系统的状态，根据需要控制功率调节子系统进行功率交换或执行保护。所述功率调节子系统作为M-SMES与电网双向功率交换的接口，由4个6脉冲电流 源型变流器组成。变流器的交流侧直接并联于交流母线，直流侧经均流电感并联于直流母 线。直流母线接在超导线圈的两端，交流母线接入电网。所述超导磁体是由多个经环氧真空浸渍固化的高温超导双饼线圈串并联组成的 单螺管磁体。在磁体结构上采用适合于直接冷却的特殊热传导结构，不需要低温液态冷媒， 有利于M-SMES实现移动性。针对磁体抗震在杜瓦内外均做了抗震处理，在运输过程中能有 效保证磁体的安全。低温子系统包括两台制冷机，单极制冷机A的冷头连接在超导磁体底部的底座 上，自下而上传递冷量冷却超导线圈。双极制冷机B的两级冷头分别与电流引线两端相连 冷却超导电流引线，同时一级冷头通过铜编织带与辐射屏相连冷却杜瓦。M-SMES将上述各子系统整合在一台定制的集装箱内，可以实现整体运输。集装箱 四壁加装隔热层并装备了空调和排气扇，保证了装置的工作环境。箱体内部进行了加固，并 将监控子系统、功率调节子系统和低温子系统通过焊接固定在箱体上，从而达到抗震的目 的。本专利技术能够通过实时的补偿电力系统功率不平衡，提高电力系统的暂态稳定性； 具备可移动性，可以灵活的选择安装地点；采用高温超导技术，制冷效率高；采用传导冷却 的制冷方式，无须添加液态冷媒。附图说明图1是本专利技术装置的原理示意图。图2是本专利技术的装置的内部布置示意图。图3是功率调节子系统的主拓扑。图4是杜瓦内部结构示意图。图5为本实例静态测试结果图其中图(a)为本实例注入系统或从系统吸收的有 功/无功功率，图(b)为流经超导磁体的直流电流，图(c)和(d)分别为M-SMES交流母线 上的电压和电流。图6和图7为本实例在电力系统动态模拟实验中的结果。图8为本实例在电力系统现场实验中抑制发电机机端功率振荡的效果。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。移动式高温超导磁储能系统(M-SMES)主要是将图1中监控子系统1、功率调节子 系统2、超导磁体3和低温子系统4这四个高温超导磁储能系统的主要组成部分集成到一台 便于移动的集装箱内。鉴于上述各子系统对于抗震性的要求比较高，所以针对装载整套装 置的集装箱特别加工处理，使之能够满足移动性以及装置运行的需要。在本实例中，集装箱 长6米，宽2. 4米，内部结构如图2所示。M-SMES监测控制子系统的主要功能是实时监测和记录M-SMES与电力系统的运行 状态，根据电力系统的运行要求以及既定的控制策略，对功率调节系统发出相应指令，实现 SMES和电力系统的功率交换或保护动作。包括人机接口 11、上层控制器12和录波插件 13三个部分。人机接口 11是一台通过串口与上层控制器12和录波插件13通信的监控计 算机，其可以向上层控制器12发送状态指令，同时接收来自上层控制器12和录波插件13 的状态反馈并记录。上层控制器12根据所采集到的电力系统实时电压电流计算出的有功 /无功功率作为反馈量，并根据既定的上层控制策略计算有功/无功功率指令值，通过串口 通信下发到功率调节子系统2。录波插件13由多个数据采集卡组成，其用于记录M-SMES及 其相连的电力系统的状态量，包括电压、电流、有功/无功等。功率调节子系统2包括中层控制器21、底层控制器22和变流器的主拓扑23三部 分。变流器主拓扑23详细结构如图3所示，由四个六脉桥变流器并联组成。每个变流器的 交流侧直接并联于交流母线，直流侧经均流电感并联于直流母线。直流母线接在超导线圈 的两端，交流母线接入电网。功率调节子系统2的中层控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种移动式高温超导磁储能装置，用于提高电力系统的暂态稳定性，该装置包括监控子系统（１）、功率调节子系统（２）、超导磁体（３）和低温子系统（４），它们集成在一便于移动的箱体内，其中，所述监控子系统（１）用于采集和记录电力系统和所述高温超导磁储能装置的实时状态，并发出控制指令给功率调节子系统（２），实现高温超导磁储能装置和电力系统的功率交换；所述功率调节子系统（２）交流侧和电力系统连接，其根据监控子系统（１）发出的指令实现超导磁体（３）和电力系统之间的功率交换；所述超导磁体（３）密闭在杜瓦中，磁体两端通过电流引线与功率调节子系统（２）的变流器的直流侧相连接；所述低温子系统（４）与杜瓦相连接，用于将杜瓦内抽至真空，并使磁体保持冷却在工作温区。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：文劲宇，方家琨，唐跃进，任丽，李敬东，石晶，王少荣，孙海顺，彭晓涛，程时杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。