超導(dǎo)與常導(dǎo)復(fù)合型平波限流電抗器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的電抗器領(lǐng)域，特別涉及電力系統(tǒng)保護(hù)的一種用于直流電網(wǎng)系統(tǒng)的平波限流電抗器。
【背景技術(shù)】
[0002]具有平波或限流功能的電抗器，在直流電網(wǎng)系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。特別是具有非常高的允許工作電流密度和近似為零的電阻率的超導(dǎo)材料的引入，使得由超導(dǎo)導(dǎo)線繞制而成的超導(dǎo)電抗器具有由常導(dǎo)導(dǎo)線繞制而成的常導(dǎo)電抗器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，如工作電流大、運(yùn)行損耗低、體積小、重量輕等。同時(shí)，利用超導(dǎo)體失超后的較高電阻，超導(dǎo)電抗器也可滿足限流高阻抗的要求。因此，兼?zhèn)淦讲üδ芎拖蘖鞴δ艿某瑢?dǎo)電抗器可以代替常導(dǎo)電抗器，在直流電網(wǎng)系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]但是，受到昂貴的超導(dǎo)導(dǎo)線的成本限制，超導(dǎo)電抗器的經(jīng)濟(jì)性較低；同時(shí)，由于直流電網(wǎng)電壓具有一定的波動(dòng)性，超導(dǎo)電抗器仍存在一定的運(yùn)行能量損耗，受到卡諾循環(huán)效率的影響，配套的低溫制冷系統(tǒng)實(shí)際消耗的電能是超導(dǎo)電抗器的運(yùn)行能量損耗的幾十倍以上。因此，超導(dǎo)電抗器面臨的兩個(gè)突出的實(shí)際應(yīng)用問題就是如何通過降低超導(dǎo)電抗器的裝置成本以提高超導(dǎo)電抗器的經(jīng)濟(jì)性和如何減小超導(dǎo)電抗器的能量損耗以提高超導(dǎo)電抗器的運(yùn)行效率。此外，在短路故障限流過程中產(chǎn)生的熱量將造成低溫制冷劑的急劇升溫，甚至大量揮發(fā)，這將可能導(dǎo)致超導(dǎo)電抗器的熱不穩(wěn)定性，并造成安全隱患，如損傷超導(dǎo)電抗器中的核心超導(dǎo)繞組部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種用于直流電網(wǎng)的具有可變電感值和可變電阻值的超導(dǎo)與常導(dǎo)復(fù)合型平波限流電抗器。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出的一種超導(dǎo)與常導(dǎo)復(fù)合型平波限流電抗器，包括超導(dǎo)部件、常導(dǎo)部件、支撐底板和支撐頂板，所述超導(dǎo)部件包括超導(dǎo)電感線圈、超導(dǎo)開關(guān)組合、低溫杜瓦和超導(dǎo)二元電流引線；所述超導(dǎo)電感線圈的上下設(shè)有第一上支撐板和第一下支撐板，所述第一上支撐板和第一下支撐板之間設(shè)有聯(lián)接螺桿；所述超導(dǎo)開關(guān)組合與所述第一上支撐板固定；所述超導(dǎo)開關(guān)組合包括超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)、超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)和超導(dǎo)限流開關(guān)；所述超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)與超導(dǎo)電感線圈并聯(lián)連接；所述超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)與超導(dǎo)限流開關(guān)并聯(lián)后，再與超導(dǎo)電感線圈串聯(lián)連接；所述低溫杜瓦安裝在所述支撐底板上，所述低溫杜瓦內(nèi)填充有低溫制冷劑，所述低溫杜瓦的上方設(shè)有密封蓋板，所述第一上支撐板與所述密封蓋板固連，所述超導(dǎo)電感線圈和所述超導(dǎo)開關(guān)組合完全浸泡在低溫杜瓦內(nèi)的低溫制冷劑中；所述密封蓋板上設(shè)有進(jìn)液管道、出液管道和低溫絕緣套管；所述進(jìn)液管道和出液管道的一端均伸入至所述低溫杜瓦的內(nèi)部，所述進(jìn)液管道和出液管道的另一端均連接至所述低溫杜瓦外部的低溫制冷系統(tǒng)相連，從而組成一低溫制冷劑循環(huán)冷卻回路，所述低溫制冷劑循環(huán)冷卻回路用于冷卻所述超導(dǎo)電感線圈與超導(dǎo)開關(guān)組合；所述超導(dǎo)二元電流引線的上部與所述低溫絕緣套管相連，所述超導(dǎo)二元電流引線的下部位于所述低溫杜瓦內(nèi)；所述超導(dǎo)電感線圈和超導(dǎo)開關(guān)組合通過超導(dǎo)過渡導(dǎo)線與所述超導(dǎo)二元電流引線的下部相連；所述常導(dǎo)部件包括正向繞制的常導(dǎo)電感線圈和反向繞制的常導(dǎo)電感線圈，所述正向繞制的常導(dǎo)電感線圈和反向繞制的常導(dǎo)電感線圈的上方設(shè)有第二上支撐板，所述第二上支撐板與所述支撐底板之間設(shè)有聯(lián)接螺桿；所述正向繞制的常導(dǎo)電感線圈與反向繞制的常導(dǎo)電感線圈串聯(lián)連接且同名端相連后，再與超導(dǎo)電感線圈串聯(lián)連接；所述常導(dǎo)開關(guān)組合安裝在所述支撐頂板上，所述支撐頂板與支撐底板之間設(shè)有聯(lián)接螺桿，所述常導(dǎo)開關(guān)組合包括第一常導(dǎo)開關(guān)、第二常導(dǎo)開關(guān)和第三常導(dǎo)開關(guān)；所述第一常導(dǎo)開關(guān)與所述反向繞制的常導(dǎo)電感線圈并聯(lián)連接；所述第一常導(dǎo)開關(guān)閉合時(shí)，所述正向繞制的常導(dǎo)電感線圈與所述反向繞制的常導(dǎo)電感線圈構(gòu)成了一個(gè)常導(dǎo)無(wú)感線圈；所述第二常導(dǎo)開關(guān)與所述正向繞制的常導(dǎo)電感線圈、反向繞制的常導(dǎo)電感線圈串聯(lián)后，再與第三常導(dǎo)開關(guān)并聯(lián)連接；所述超導(dǎo)二元電流引線的上部通過第一常導(dǎo)過渡導(dǎo)線與位于低溫杜瓦外部的常導(dǎo)開關(guān)組合相連；所述正向繞制的常導(dǎo)電感線圈與反向繞制的常導(dǎo)電感線圈通過第二常導(dǎo)過渡導(dǎo)線與位于低溫杜瓦外部的常導(dǎo)開關(guān)組合相連；所述常導(dǎo)開關(guān)組合的輸出端口與外部的直流電網(wǎng)相連；通過切換所述超導(dǎo)開關(guān)組合與常導(dǎo)開關(guān)組合的導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電感線圈、超導(dǎo)開關(guān)組合、正向繞制的常導(dǎo)電感線圈與反向繞制的常導(dǎo)電感線圈之間的連接形式。
[0006]本發(fā)明超導(dǎo)與常導(dǎo)復(fù)合型平波限流電抗器的控制方法，是:通過切換所述超導(dǎo)開關(guān)組合與常導(dǎo)開關(guān)組合的導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電感線圈、超導(dǎo)開關(guān)組合、正向繞制的常導(dǎo)電感線圈與反向繞制的常導(dǎo)電感線圈之間的連接形式，包括以下幾種情形:
[0007](I)當(dāng)直流電網(wǎng)電壓波動(dòng)小于預(yù)設(shè)的電壓波動(dòng)閾值時(shí)，所述超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)斷開，所述超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)閉合，所述超導(dǎo)限流開關(guān)斷開，第一常導(dǎo)開關(guān)閉合，第二常導(dǎo)開關(guān)斷開，第三常導(dǎo)開關(guān)閉合，此時(shí)，所述超導(dǎo)電感線圈接入至直流電網(wǎng)，用于電網(wǎng)電壓的平波處理；
[0008](2)當(dāng)直流電網(wǎng)電壓波動(dòng)大于或等于預(yù)設(shè)的電壓波動(dòng)閾值時(shí)，所述超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)斷開，所述超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)閉合，所述超導(dǎo)限流開關(guān)斷開，第一常導(dǎo)開關(guān)閉合，第二常導(dǎo)開關(guān)閉合，第三常導(dǎo)開關(guān)斷開，此時(shí)，所述超導(dǎo)電感線圈與串聯(lián)連接且異名端相連的正向繞制的常導(dǎo)電感線圈接入至直流電網(wǎng)，用于電網(wǎng)電壓的平波處理；
[0009](3)當(dāng)直流電網(wǎng)故障電流小于預(yù)設(shè)的第一故障電流閾值時(shí)，所述超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)斷開，超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)閉合，超導(dǎo)限流開關(guān)斷開，第一常導(dǎo)開關(guān)閉合，第二常導(dǎo)開關(guān)斷開，第三常導(dǎo)開關(guān)閉合，此時(shí)，所述超導(dǎo)電感線圈接入至直流電網(wǎng)，用于電網(wǎng)故障電流的限流處理；
[0010](4)當(dāng)直流電網(wǎng)故障電流大于或等于預(yù)設(shè)的第一故障電流閾值，且小于預(yù)設(shè)的第二故障電流閾值時(shí)，所述超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)斷開，所述超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)斷開，所述超導(dǎo)限流開關(guān)閉合，第一常導(dǎo)開關(guān)閉合，第二常導(dǎo)開關(guān)斷開，第三常導(dǎo)開關(guān)閉合，此時(shí)，所述超導(dǎo)電感線圈與串聯(lián)連接的超導(dǎo)限流開關(guān)接入至直流電網(wǎng)，用于電網(wǎng)故障電流的限流處理；
[0011](5)當(dāng)直流電網(wǎng)故障電流大于或等于預(yù)設(shè)的第二故障電流閾值時(shí)，所述超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)斷開，超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)斷開，超導(dǎo)限流開關(guān)閉合，第一常導(dǎo)開關(guān)斷開，第二常導(dǎo)開關(guān)閉合，第三常導(dǎo)開關(guān)斷開，此時(shí)，所述超導(dǎo)電感線圈與超導(dǎo)限流開關(guān)、由正向繞制的常導(dǎo)電感線圈與反向繞制的常導(dǎo)電感線圈構(gòu)成的常導(dǎo)無(wú)感線圈串聯(lián)連接后，再接入至直流電網(wǎng)，用于電網(wǎng)電壓的限流處理；
[0012](6)當(dāng)直流電網(wǎng)故障電流持續(xù)時(shí)間大于或等于預(yù)設(shè)的持續(xù)時(shí)間閾值時(shí)，或所述低溫杜瓦內(nèi)部的低溫制冷劑溫度大于或等于預(yù)設(shè)的溫度閾值時(shí)，所述超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)閉合，所述超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)閉合，所述超導(dǎo)限流開關(guān)斷開，第一常導(dǎo)開關(guān)斷開，第二常導(dǎo)開關(guān)閉合，第三常導(dǎo)開關(guān)斷開，此時(shí)，由正向繞制的常導(dǎo)電感線圈與反向繞制的常導(dǎo)電感線圈構(gòu)成的常導(dǎo)無(wú)感線圈接入至直流電網(wǎng)，用于電網(wǎng)電壓的限流處理；所述超導(dǎo)電感線圈被超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)短路處理，避免了低溫制冷劑溫度過熱造成的安全隱患。
[0013]優(yōu)選的，所述超導(dǎo)電感線圈由BSCCO或YBCO超導(dǎo)導(dǎo)線繞制而成；所述超導(dǎo)過渡導(dǎo)線為由BSCCO或YBCO超導(dǎo)導(dǎo)線構(gòu)成的超導(dǎo)長(zhǎng)導(dǎo)線；所述超導(dǎo)二元電流引線的上部為由銅或鋁導(dǎo)線構(gòu)成的常導(dǎo)長(zhǎng)導(dǎo)線，所述超導(dǎo)二元電流引線的下部為由BSCCO或YBCO超導(dǎo)導(dǎo)線構(gòu)成的超導(dǎo)長(zhǎng)導(dǎo)線；所述超導(dǎo)二元電流引線結(jié)構(gòu)有效降低了低溫杜瓦的熱泄露，提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
[0014]優(yōu)選的，所述常導(dǎo)開關(guān)組合由功率電子開關(guān)或機(jī)械開關(guān)構(gòu)成；所述超導(dǎo)開關(guān)組合由四塊BSCCO或YBCO超導(dǎo)圓餅形塊材與一根BSCCO或YBCO超導(dǎo)圓筒形棒材構(gòu)成；四塊超導(dǎo)圓餅形塊材與超導(dǎo)圓筒形棒材依次平行放置，并通過相鄰超導(dǎo)圓餅形塊材之間、超導(dǎo)圓餅形塊材與超導(dǎo)圓筒形棒材之間的相互接觸或分離來(lái)形成相應(yīng)的超導(dǎo)開關(guān)。四塊BSCCO或YBCO超導(dǎo)圓餅形塊材包括超導(dǎo)圓餅形塊材A、超導(dǎo)圓餅形塊材B、超導(dǎo)圓餅形塊材C和超導(dǎo)圓餅形塊材D ;所述超導(dǎo)圓餅形塊材A與超導(dǎo)圓筒形棒材相連以形成一個(gè)超導(dǎo)開關(guān)觸點(diǎn)，所述超導(dǎo)圓餅形塊材B與超導(dǎo)圓餅形塊材D相連以形成一個(gè)超導(dǎo)開關(guān)觸點(diǎn)，所述超導(dǎo)圓餅形塊材C單獨(dú)作為一個(gè)超導(dǎo)開關(guān)觸點(diǎn)；所述超導(dǎo)圓餅形塊材A與超導(dǎo)圓餅形塊材B構(gòu)成超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)，所述超導(dǎo)圓餅形塊材C與所述超導(dǎo)圓餅形塊材D構(gòu)成超導(dǎo)無(wú)阻開關(guān)，所述超導(dǎo)圓餅形塊材D與超導(dǎo)圓筒形棒材構(gòu)成超導(dǎo)限流開關(guān)。與目前的僅有無(wú)阻導(dǎo)通的超導(dǎo)開關(guān)相比，所述超導(dǎo)開關(guān)組合兼?zhèn)淞擞米鳠o(wú)阻導(dǎo)通和用作故障限流的超導(dǎo)開關(guān)功能。
[0015]優(yōu)選的，所述正向繞制的常導(dǎo)電感線圈和反向繞制的常導(dǎo)電感線圈由銅或鋁常導(dǎo)導(dǎo)線繞制而成；所述銅或鋁常導(dǎo)導(dǎo)線為由兩根具有相同長(zhǎng)度的“L”形導(dǎo)線經(jīng)絕緣處理后，嵌套成為的長(zhǎng)寬比為3:2的并聯(lián)組合型常導(dǎo)長(zhǎng)導(dǎo)線；所述并聯(lián)組合型常導(dǎo)長(zhǎng)導(dǎo)線的其中一個(gè)端部焊接在一起后，再繞制在一繞線骨架上，以形成串聯(lián)連接且同名端相連的正向繞制的常導(dǎo)電感線圈和反向繞制的常導(dǎo)電感線圈；所述第一常導(dǎo)