[发明专利]一种应用于平抑海上风电功率波动的复合超导微网系统

权利要求书

1.一种应用于平抑海上风电功率波动的复合超导微网系统，其特征在于，包括海上超导风电机组(1)、超导升压变压器(2)、液氢-超导混合海底交流电缆(3)、液氢中继增压站(4)、海上换流站(5)、液氢-超导混合海底直流电缆(6)、岸上换流站(7)、主电网(8)、超导储能装置(9)、燃料电池(10)、电解水制氢设备(11)和氢气液化设备(13)。所述超导升压变压器(2)通过液氢-超导混合海底交流电缆(3)连接到海上换流站(5)，海上换流站(5)与岸上换流站(7)通过液氢-超导混合海底直流电缆(6)相连，岸上换流站(7)将电能转换后分配给主电网(8)和直连的电解水制氢设备(11)，氢气液化设备(13)与电解水制氢设备的气罐(12)连通并将液氢储存在液罐(14)中，超导储能装置(9)与气罐(12)和液罐(14)连通，燃料电池(10)与气罐(12)相连，超导储能装置(9)和燃料电池(10)通过各自的直流斩波器连接于岸上换流站(7)的直流母线(17)。

2.根据权利要求1所述的一种应用于平抑海上风电功率波动的复合超导微网系统，其特征在于，所述的海上超导风电机组(1)输出的交流电经超导升压变压器(2)升压后汇聚到交流母线(18)上，再通过液氢-超导混合海底交流电缆(3)传送到海上换流站(5)，海上换流站(5)将交流电转换为直流电通过液氢-超导混合海底直流电缆(6)传输到岸上换流站的直流母线(17)上，岸上换流站(7)将直流电逆变为交流电接入主电网(8)和电解水制氢设备(11)；其中，

所述的海上超导发电机(1)采用定子绕组为常导电材料、转子绕组为超导材料的半超导发电机，其高温超导体的制冷使用液氦或液氖，制冷气体通过旋转密封良好的旋转输冷真空管道输送至转子线圈的低温容器里；

所述的超导升压变压器(2)由电流引线(208)、螺旋式高温超导绕组(209)、只冷却变压器绕组的环形杜瓦(210)、三相叠片铁芯(211)和用液氢对超导绕组制冷的制冷机(212)组成；

所述的液氢-超导混合海底交流电缆(3)采用三相同心型交流电缆，每相电缆由内到外的结构依次是：液氢传输管道(301)、超导层(302)、低温绝缘层(303)和超导屏蔽层(304)，液氢传输管道(301)用不锈钢波纹管制成，超导层(302)和超导屏蔽层(303)均采用二代超导带材YBCO制成，低温绝缘层(303)采用聚丙烯层压纸制成；三根单相电缆相互扭绞装入液氢低温杜瓦管道(305)内，杜瓦管外部采用乙丙橡胶绝缘铅套防水层(306)、粗钢丝铠装聚丙烯纤维作为保护层(307)防水防腐；

所述的液氢-超导混合海底直流电缆(6)采用单极型同轴电缆，由内到外的结构依次是：液氢内传输管道(601)、超导层(602)、低温绝缘层(603)、液氢外传输管道(604)、绝热层(605)和保护层(606)，液氢内传输管道(601)、超导层(602)、低温绝热层(603)和保护层(606)所用材料均与液氢-超导混合海底交流电缆一致，液氢外传输管道(604)是电绝缘层和绝热层之间的间隙，两液氢管道采用单端逆流制冷，绝热层(605)用同轴双层不锈钢波纹管套制且两层间抽真空并嵌有多层防辐射金属箔。

3.根据权利要求1所述的一种应用于平抑海上风电功率波动的复合超导微网系统，其特征在于，海上风电发出的电能在电解水制氢设备(11)中制氢并存储于气罐(12)中，气罐中的氢气一部分用于燃料电池(10)发电，一部分通过氢气液化设备(13)将气态氢液化为液氢存放于液罐(14)中，液罐中的液氢一部分进入超导储能装置(9)中冷却超导磁体，一部分进入液氢-超导混合海底交流、直流电缆中；其中，

所述的燃料电池(10)的氢来源于电解水制氢后存储到气罐(12)中的氢气，根据负荷以及主电网(8)检测的电气特征来控制电池内氢气的进气量和第一直流斩波器(15)，从而调节所发出的功率；

所述的超导储能装置(9)中的超导储能磁体(902)在充满液氢的杜瓦(901)内处于超导态，通过第二直流斩波器(16)进行充放电。

4.根据权利要求1、3所述的一种应用于平抑海上风电功率波动的复合超导微网系统，其特征在于，所述超导储能装置(9)和燃料电池(10)根据直流母线(17)上的电气特征控制各自斩波器进行充电或放电，平抑海上风力发电装置的功率波动。