[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

说明书

本发明提供一种应用于平抑海上风电功率波动的复合超导微网系统，通过柔性直流输电技术将海上风电传输到岸上并入主电网和电解水制氢设备，传输过程中建立了超导发电机、超导升压变压器、液氢‑超导混合海底交直流电缆和超导储能组合而成的复合超导系统，便于大容量电能传输并降低成本。进一步建立了海上风电、复合超导系统、储氢、燃料电池的微网系统，实现了风能‑化学能‑电能混合能源的存储、利用和转换技术，具有清洁、环保、可就地消纳等优点，并有效结合超导储能和燃料电池的优点，实现海上风力发电功率波动的平抑，为电力用户提高良好质量的电能。在整个过程中利用氢气和液氢之间的循环转换以及液氢中继增压站对流量的检测，可以更好的对复合超导系统进行冷却，实现了氢能与复合超导系统的综合利用，避免了传统制冷方式所需要的高昂运维成本。

技术领域

本发明属于超导微电网技术领域，特别涉及一种应用于海上风电的复合超导微网系统及工作方法。

背景技术

在当今全球工业化飞速发展的过程中，能源需求和环境污染之间的矛盾成为急需解决的问题，可再生能源是解决能源危机和实现可持续发展的关键。风力发电由于其开发方便、建设成本低等优点已成为仅次于水力发电的第三大可再生能源发电方式，海上风电具有资源丰富、发电利用率高、靠近用电负荷中心便于电力消纳等优点，正成为全球所关注的热点。

风力发电的间歇性、随机性的特点，导致其发出的电能质量不佳。因储能具有双向功率特性和灵活调节能力的特点，所以配置储能是解决风力发电所带来的系统不稳定性等问题的方案。储能技术可以分为主要分为能量型储能(抽水储能、燃料电池等)和功率型储能(超导储能、超级电容器储能等)，能量型储能系统释能时间长、容量密度大，但功率响应速度相对较慢且不适合频繁、快速的充放电；功率型储能具有响应速度快、功率密度大等优势。所以将两类储能相结合，各自取长补短，既能够降低成本又可以提供良好的电能质量。

在众多储能技术中，氢储能通过将风力发电产生的多余电能用来电解水制氢，并将氢气储存，在需要时通过燃料电池或燃气轮机发电，氢能发电具备放电时间长、无污染等优点，可用来平抑风力发电功率波动问题，并且还可作为能源消纳的有效手段，大幅降低碳排放。超导储能技术是利用超导材料在临界温度以下零电阻载流特性构造磁体线圈来存储电磁能，通过变流器实现与电网的功率交换，具有快速响应和独立四象限运行的优点。

目前多数海上风电场采用的是高压交流输电并网方式，但需要安装无功补偿装置解决交流电缆电容充电电流问题，所以在大功率电力电子器件的快速发展下，柔性直流输电因其谐波含量少、无换相失败、可独立调节功率的优点得到了广泛认可。基于柔性直流输电的海上风电并网结构包含有：海上风力发电机、升压变压器、交流海底电缆、海上换流站、直流海底电缆、岸上换流站以及主电网。传统的双馈感应发电机和永磁同步发电机难以满足海上大规模风电机组容量问题，当采用高温超导发电机的时候，风力发电机组是直驱式的，增加了可靠性，从而减少维护成本，而且由于其重量轻、体积小，降低了海上风电机支撑结构等的设计要求，减少了风电场的建设成本。传统的海底电缆载流能力不足且有大量的电能损耗，所以采用超导电缆代替传统的海底输电线路满足大容量负荷中心。若升压变同样采用超导变压器，则可以有效减少变压器重量降低噪音，同时变压器的寿命在低温环境下也会延长，使得建设维护成本下降并对周围海洋生物影响较小。

由于所有的超导装置都需要工作在低温环境中，而液氢温度约20K且来源于电解水制氢，所以可以超导电缆将安装于液氢传输管道内部，将超导变压器和超导储能装置中的磁体浸泡在装有液氢的杜瓦中。但在系统运行过程中超导变压器和超导储能装置难免会有热扰动产生一定的热泄露，超导海底电缆的液氢管道端部连接在室温环境中也会有热损失。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种应用于海上风电的复合超导微网系统及工作方法，该系统将氢储能与超导储能相结合，更好的实现电网电压、频率、有功和无功功率的调节，同时复合各类超导装置来增加传输容量减少损耗，进一步降低成本。

本发明通过以下技术方案来实现：