超导储能-退役电池联合补偿的低温电能变换及限流电路 |
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申请号 | CN202111644235.0 | 申请日 | 2021-12-30 | 公开(公告)号 | CN114498609B | 公开(公告)日 | 2024-05-07 |
申请人 | 清华四川能源互联网研究院; 国电投河南新能源有限公司; | 发明人 | 陈孝元; 雷一; 张东辉; 李海波; 耿银鼎; 牛庆军; 吴炎生; 和海涛; 王科; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了超导储能‑退役 电池 联合补偿的低温 电能 变换及限流 电路 ,包括超导限流型直流 断路器 子模 块 、超导储能补偿子模块、退役电池补偿子模块;所述超导限流型直流断路器子模块包括主电路单元和辅助电路单元;所述超导储能补偿子模块包括超导储能磁体和低温电 力 电子 超导变换器;所述退役电池补偿子模块包括退役电池和低温电力电子电池变换器;通过本发明将超导故障保护装置与超导混合功率补偿装置相结合,利用超导电力装置现有的低温环境来冷却电力电子器件,可以实现高供电品质、低运行损耗的低温电能变换及限流电路系统。 | ||||||
权利要求 | 1.超导储能‑退役电池联合补偿的低温电能变换及限流电路,其特征在于,包括超导限流型直流断路器子模块、超导储能补偿子模块、退役电池补偿子模块; |
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说明书全文 | 超导储能‑退役电池联合补偿的低温电能变换及限流电路技术领域背景技术[0002] 随着以新能源为主体的电力系统的不断发展,适应大规模新能源接入的直流电网也日益普及。由于直流电网中的电能变换装置多数由电力电子器件组成,系统的可靠性较低、故障率较高,因此直流电网的故障保护装置非常重要。当前,研究最广泛的保护装置主要为直流断路器和直流限流器。直流电与交流电相比没有自然过零点,增加了直流断路器的设计难度。传统的机械直流断路器存在响应速度慢、体积大的缺点。改进的固态直流断路器的响应速度较快,但其内部的常温半导体开关、铜电感损耗较大,严重影响设备的正常运行效率。传统的电力电子限流器控制复杂、故障率高、稳态损耗大,不利于系统的高效、稳定运行。受益于超导体的低损耗、大电流特性,使得超导限流器具有损耗小、体积小、结构简单、自触发等优点。同时,超导限流器还可以与直流断路器有机结合,形成既能限制故障电流也能进行断路保护的混合保护装置。 [0003] 随着新能源汽车的普遍推广,越来越多汽车电池因性能衰退被“退役”。这些退役电池虽然不能应用到汽车上,但还可以用于具有间歇性和不稳定性缺陷的新能源发电及建筑终端电力负荷的动态功率补偿,延长电池的使用寿命,缓解其对环境带来的危害。但是,退役电池补偿的响应速度较慢、功率较低,不能对暂态大功率的电网波动进行有效补偿。超导储能补偿利用超导线圈将电磁能直接储存起来,需要时再将电磁能返回电网进行功率补偿。这种超导储能补偿装置具有响应速度快、瞬态功率高的技术优势,可用于弥补退役电池补偿的不足,但是其成本较高,不适合长时间、大容量的能量补偿。若结合退役电池补偿与超导储能补偿各自的优点,即可形成经济、快速、大容量的混合储能补偿装置。 [0004] 目前,对直流电网的故障保护装置、功率补偿装置的研究还停留在单一设备的研究上,没有将超导故障保护装置与超导混合功率补偿装置相结合的公开报道。同时,利用超导电力装置现有的低温环境来冷却电力电子开关,可以实现更高运行功率、更低运行损耗的低温开关器件,但目前尚未见到超导电力装置‑低温电力电子模块相结合的技术研究。 发明内容[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供超导储能‑退役电池联合补偿的低温电能变换及限流电路,包括超导限流型直流断路器子模块、超导储能补偿子模块、退役电池补偿子模块; [0006] 超导限流型直流断路器子模块包括主电路单元和辅助电路单元; [0007] 主电路单元包括第一超导电感、第一低温功率开关、第二超导电感、第一超导限流电阻; [0008] 第一超导电感、第一低温功率开关、第二超导电感、第一超导限流电阻依次串联构成主电路单元; [0011] 第一常温电容的一端与第一低温功率开关、第二超导电感之间的公共点相连,第一常温电容的另一端与电源的地相连; [0012] 第二低温二极管的阴极与第一低温功率开关、第二超导电感之间的公共点相连,第二低温二极管的阳极与第二释能电阻一端相连,第二释能电阻的另一端与第二超导电感、第一超导限流电阻之间的公共点相连; [0013] 常温功率开关的一端与第二超导电感、第一超导限流电阻之间的公共点相连,常温功率开关的另一端与电源的地相连; [0014] 第二常温电容的一端与第一超导电感、第一低温功率开关之间的公共点相连,第二常温电容的另一端与常导电感的一端相连,常导电感的另一端与第二超导电感、第一超导限流电阻之间的公共点相连; [0015] 超导储能补偿子模块包括超导储能磁体和低温电力电子超导变换器; [0016] 低温电力电子超导变换器包括第三低温二极管、第二低温功率开关、第三低温功率开关、第四低温二极管; [0017] 第三常温电容与负载并联,第三常温电容的正极与负载输入端相连,负极与电源的地相连; [0018] 第三低温二极管的阴极与第三常温电容的正极相连,第三低温二极管的阳极与第二低温功率开关的一端相连,第二低温功率开关的另一端与电源的地相连; [0019] 第三低温功率开关的一端与第三低温二极管的阴极相连,第三低温功率开关的另一端与第四低温二极管的阴极相连,第四低温二极管的阳极与电源的地相连; [0020] 超导储能磁体的一端与第三低温二极管、第二低温功率开关之间的公共点相连,超导储能磁体的另一端与第三低温功率开关、第四低温二极管之间的公共点相连; [0021] 退役电池补偿子模块包括退役电池和低温电力电子电池变换器; [0022] 低温电力电子电池变换器包括第四低温功率开关、第三超导电感、第二超导限流电阻、第五低温功率开关; [0023] 第四低温功率开关的一端与第三常温电容的正极相连,第四低温功率开关的另一端与第三超导电感一端相连,第三超导电感的另一端与第二超导限流电阻一端相连,第二超导限流电阻的另一端与退役电池的正极相连,退役电池的负极与电源的地相连; [0024] 第五低温功率开关的一端与第四低温功率开关、第三超导电感之间的公共点相连,第五低温功率开关的另一端与电源的地相连。 [0025] 进一步的,所述超导限流型直流断路器子模块的工作方法包括如下过程: [0026] 当负载侧正常工作时,超导限流型直流断路器子模块进入稳态模式;电源通过所述主电路单元给负载供电,流过第一超导电感、第一低温功率开关、第二超导电感、第一超导限流电阻的电流为正常负载电流,流过第二常温电容、常导电感的电流为零,第二常温电容的电压等于电源电压; [0027] 当负载侧发生短路故障时,超导限流型直流断路器子模块进入限流模式;流过第一超导限流电阻的短路故障电流超过其临界电流上限,使第一超导限流电阻从零阻值迅速升高,限制短路故障电流; [0028] 当负载侧需要断开供电时,通过闭合常温功率开关模拟短路故障,使超导限流型直流断路器子模块进入断路模式;第一常温电容依次通过第一低温功率开关、第二常温电容、常导电感、常温功率开关形成闭合放电回路;当闭合放电回路的电流幅值上升到等于第一超导电感的电流时,流过第一低温功率开关的电流将下降为零,对第一低温功率开关进行零电流关断,完成负载侧的断路操作。 [0029] 进一步的,所述超导储能补偿子模块的工作方法包括如下过程: [0030] 第二低温功率开关与第三低温功率开关的驱动信号相同;当第二低温功率开关、第三低温功率开关闭合时,第三常温电容通过第三低温功率开关、第二低温功率开关对超导储能磁体进行充电,吸收负载侧过剩的能量; [0031] 当第二低温功率开关、第三低温功率开关断开时,超导储能磁体通过第三低温二极管、第四低温二极管对第三常温电容充电,补偿负载侧不足的能量。 [0032] 进一步的,所述退役电池补偿子模块的工作方法包括如下过程: [0033] 第四低温功率开关与第五低温功率开关的驱动信号为互补信号;退役电池通过第二超导限流电阻、第三超导电感、第四低温功率开关、第五低温功率开关对第三常温电容进行功率补偿;通过改变第五低温功率开关的驱动信号占空比,动态调节退役电池对第三常温电容的功率补偿值; [0034] 当第四低温功率开关、或/和第三超导电感、或/和第五低温功率开关发生短路故障时,第二超导限流电阻从零阻值迅速上升至高阻值,限制短路故障电流;当所有短路故障清除后,第二超导限流电阻恢复零电阻状态。 [0035] 进一步的,所述超导储能补偿子模块和所述退役电池补偿子模块的协调配合工作方法包括如下过程: [0036] 当负载电压等于额定电压时,电源通过所述超导限流型直流断路器子模块直接给负载供电;第二低温功率开关与第三低温功率开关驱动信号的占空比等于50%,第三常温电容与超导储能磁体在正负半周期的能量交互总和为零;关断退役电池,第四低温功率开关驱动信号的占空比为零,使退役电池补偿子模块与第三常温电容断开; [0037] 当负载电压大于额定电压、且超导储能磁体的电流小于上限阈值时,使第三低温功率开关、第二低温功率开关的驱动信号的占空比大于50%,第三常温电容通过第三低温功率开关、第二低温功率开关对超导储能磁体进行充电;关断退役电池,第四低温功率开关驱动信号的占空比为零,使退役电池补偿子模块与第三常温电容断开; [0038] 当负载电压大于额定电压、且超导储能磁体的电流大于等于上限阈值时,使第三低温功率开关、第二低温功率开关的驱动信号的占空比等于50%,使第三常温电容与超导储能磁体在正负半周期的能量交互总和为零;开启退役电池,通过动态调节第四低温功率开关驱动信号的占空比,使第三常温电容通过第四低温功率开关、第五低温功率开关、第三超导电感、第二超导限流电阻对退役电池进行充电; [0039] 当负载电压小于额定电压、且超导储能磁体的电流大于下限阈值时,使第三低温功率开关、第二低温功率开关的驱动信号的占空比小于50%,超导储能磁体通过第三低温二极管、第四低温二极管对第三常温电容进行放电;关断退役电池,第四低温功率开关驱动信号的占空比为零,使退役电池补偿子模块与第三常温电容断开; [0040] 当负载电压小于额定电压、且超导储能磁体的电流小于等于下限阈值时,使第三低温功率开关、第二低温功率开关的驱动信号的占空比等于50%,使第三常温电容与超导储能磁体在正负半周期的能量交互总和为零;开启退役电池,通过动态调节第四低温功率开关驱动信号的占空比,使退役电池通过第二超导限流电阻、第三超导电感、第五低温功率开关、第四低温功率开关对第三常温电容进行放电; [0041] 进一步的,超导储能‑退役电池联合补偿的低温电力电子变换及故障限流电路的协调配合工作方法包括如下过程: [0042] 当负载侧发生短路故障时,超导限流型直流断路器子模块进入限流模式,第一超导限流电阻呈现出高阻值,用于限制短路故障电流;同时,通过超导储能补偿子模块和/或退役电池补偿子模块协调配合,吸收负载侧过剩的能量,实现对负载侧的短路故障保护; [0043] 当电源侧发生短路故障时,超导限流型直流断路器子模块进入断路模式,通过对第一低温功率开关进行零电流关断,实现电源侧与负载侧的电气隔离;同时,通过超导储能补偿子模块和/或退役电池补偿子模块协调配合,补偿负载侧不足的能量,实现对负载侧的不间断供电。 [0045] 图1为超导储能‑退役电池联合补偿的低温电能变换及限流电路的原理示意图; [0046] 图2为限流电路电路示意图。 [0047] 图中,1‑第一超导电感,2‑第一低温功率开关,3‑第二超导电感,4‑第一超导限流电阻,5‑第一低温二极管,6‑第一释能电阻,7‑第一常温电容,8‑第二低温二极管,9‑第二释能电阻,10‑常温功率开关,11‑第二常温电容,12‑常导电感,13‑第三常温电容,14‑第三低温二极管,15‑第二低温功率开关,16‑第三低温功率开关,17‑第四低温二极管,18‑超导储能磁体,19‑第四低温功率开关,20‑第三超导电感,21‑第二超导限流电阻,22‑第五低温功率开关,23‑退役电池。 具体实施方式[0048] 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案,但本发明的保护范围不局限于以下所述。 [0049] 如图1所示,超导储能‑退役电池联合补偿的低温电能变换及限流电路,包括超导限流型直流断路器子模块、超导储能补偿子模块、退役电池补偿子模块; [0050] 超导限流型直流断路器子模块包括主电路单元和辅助电路单元; [0051] 主电路单元包括第一超导电感、第一低温功率开关、第二超导电感、第一超导限流电阻; [0052] 第一超导电感、第一低温功率开关、第二超导电感、第一超导限流电阻依次串联构成主电路单元; [0053] 辅助电路单元包括第一低温二极管、第一释能电阻、第一常温电容、第二低温二极管、第二释能电阻、常温功率开关、第二常温电容、常导电感; [0054] 第一低温二极管的阴极与电源、第一超导电感之间的公共点相连,第一低温二极管的阳极与第一释能电阻一端相连,第一释能电阻的另一端与第一超导电感、第一低温功率开关之间的公共点相连; [0055] 第一常温电容的一端与第一低温功率开关、第二超导电感之间的公共点相连,第一常温电容的另一端与电源的地相连; [0056] 第二低温二极管的阴极与第一低温功率开关、第二超导电感之间的公共点相连,第二低温二极管的阳极与第二释能电阻一端相连,第二释能电阻的另一端与第二超导电感、第一超导限流电阻之间的公共点相连; [0057] 常温功率开关的一端与第二超导电感、第一超导限流电阻之间的公共点相连,常温功率开关的另一端与电源的地相连; [0058] 第二常温电容的一端与第一超导电感、第一低温功率开关之间的公共点相连,第二常温电容的另一端与常导电感的一端相连,常导电感的另一端与第二超导电感、第一超导限流电阻之间的公共点相连; [0059] 超导储能补偿子模块包括超导储能磁体和低温电力电子超导变换器; [0060] 低温电力电子超导变换器包括第三低温二极管、第二低温功率开关、第三低温功率开关、第四低温二极管; [0061] 第三常温电容与负载并联,第三常温电容的正极与负载输入端相连,负极与电源的地相连; [0062] 第三低温二极管的阴极与第三常温电容的正极相连,第三低温二极管的阳极与第二低温功率开关的一端相连,第二低温功率开关的另一端与电源的地相连; [0063] 第三低温功率开关的一端与第三低温二极管的阴极相连,第三低温功率开关的另一端与第四低温二极管的阴极相连,第四低温二极管的阳极与电源的地相连; [0064] 超导储能磁体的一端与第三低温二极管、第二低温功率开关之间的公共点相连,超导储能磁体的另一端与第三低温功率开关、第四低温二极管之间的公共点相连; [0065] 退役电池补偿子模块包括退役电池和低温电力电子电池变换器; [0066] 低温电力电子电池变换器包括第四低温功率开关、第三超导电感、第二超导限流电阻、第五低温功率开关; [0067] 第四低温功率开关的一端与第三常温电容的正极相连,第四低温功率开关的另一端与第三超导电感一端相连,第三超导电感的另一端与第二超导限流电阻一端相连,第二超导限流电阻的另一端与退役电池的正极相连,退役电池的负极与电源的地相连; [0068] 第五低温功率开关的一端与第四低温功率开关、第三超导电感之间的公共点相连,第五低温功率开关的另一端与电源的地相连。 [0069] 所述超导限流型直流断路器子模块的工作方法包括如下过程: [0070] 当负载侧正常工作时,超导限流型直流断路器子模块进入稳态模式;电源通过所述主电路单元给负载供电,流过第一超导电感、第一低温功率开关、第二超导电感、第一超导限流电阻的电流为正常负载电流,流过第二常温电容、常导电感的电流为零,第二常温电容的电压等于电源电压; [0071] 当负载侧发生短路故障时,超导限流型直流断路器子模块进入限流模式;流过第一超导限流电阻的短路故障电流超过其临界电流上限,使第一超导限流电阻从零阻值迅速升高,限制短路故障电流; [0072] 当负载侧需要断开供电时,通过闭合常温功率开关模拟短路故障,使超导限流型直流断路器子模块进入断路模式;第一常温电容依次通过第一低温功率开关、第二常温电容、常导电感、常温功率开关形成闭合放电回路;当闭合放电回路的电流幅值上升到等于第一超导电感的电流时,流过第一低温功率开关的电流将下降为零,对第一低温功率开关进行零电流关断,完成负载侧的断路操作。 [0073] 所述超导储能补偿子模块的工作方法包括如下过程: [0074] 第二低温功率开关与第三低温功率开关的驱动信号相同;当第二低温功率开关、第三低温功率开关闭合时,第三常温电容通过第三低温功率开关、第二低温功率开关对超导储能磁体进行充电,吸收负载侧过剩的能量; [0075] 当第二低温功率开关、第三低温功率开关断开时,超导储能磁体通过第三低温二极管、第四低温二极管对第三常温电容充电,补偿负载侧不足的能量。 [0076] 所述退役电池补偿子模块的工作方法包括如下过程: [0077] 第四低温功率开关与第五低温功率开关的驱动信号为互补信号;退役电池通过第二超导限流电阻、第三超导电感、第四低温功率开关、第五低温功率开关对第三常温电容进行功率补偿;通过改变第五低温功率开关的驱动信号占空比,动态调节退役电池对第三常温电容的功率补偿值; [0078] 当第四低温功率开关、或/和第三超导电感、或/和第五低温功率开关发生短路故障时,第二超导限流电阻从零阻值迅速上升至高阻值,限制短路故障电流;当所有短路故障清除后,第二超导限流电阻恢复零电阻状态。 [0079] 所述超导储能补偿子模块和所述退役电池补偿子模块的协调配合工作方法包括如下过程: [0080] 当负载电压等于额定电压时,电源通过所述超导限流型直流断路器子模块直接给负载供电;第二低温功率开关与第三低温功率开关驱动信号的占空比等于50%,第三常温电容与超导储能磁体在正负半周期的能量交互总和为零;关断退役电池,第四低温功率开关驱动信号的占空比为零,使退役电池补偿子模块与第三常温电容断开; [0081] 当负载电压大于额定电压、且超导储能磁体的电流小于上限阈值时,使第三低温功率开关、第二低温功率开关的驱动信号的占空比大于50%,第三常温电容通过第三低温功率开关、第二低温功率开关对超导储能磁体进行充电;关断退役电池,第四低温功率开关驱动信号的占空比为零,使退役电池补偿子模块与第三常温电容断开; [0082] 当负载电压大于额定电压、且超导储能磁体的电流大于等于上限阈值时,使第三低温功率开关、第二低温功率开关的驱动信号的占空比等于50%,使第三常温电容与超导储能磁体在正负半周期的能量交互总和为零;开启退役电池,通过动态调节第四低温功率开关驱动信号的占空比,使第三常温电容通过第四低温功率开关、第五低温功率开关、第三超导电感、第二超导限流电阻对退役电池进行充电; [0083] 当负载电压小于额定电压、且超导储能磁体的电流大于下限阈值时,使第三低温功率开关、第二低温功率开关的驱动信号的占空比小于50%,超导储能磁体通过第三低温二极管、第四低温二极管对第三常温电容进行放电;关断退役电池,第四低温功率开关驱动信号的占空比为零,使退役电池补偿子模块与第三常温电容断开; [0084] 当负载电压小于额定电压、且超导储能磁体的电流小于等于下限阈值时,使第三低温功率开关、第二低温功率开关的驱动信号的占空比等于50%,使第三常温电容与超导储能磁体在正负半周期的能量交互总和为零;开启退役电池,通过动态调节第四低温功率开关驱动信号的占空比,使退役电池通过第二超导限流电阻、第三超导电感、第五低温功率开关、第四低温功率开关对第三常温电容进行放电; [0085] 超导储能‑退役电池联合补偿的低温电力电子变换及故障限流电路的协调配合工作方法包括如下过程: [0086] 当负载侧发生短路故障时,超导限流型直流断路器子模块进入限流模式,第一超导限流电阻呈现出高阻值,用于限制短路故障电流;同时,通过超导储能补偿子模块和/或退役电池补偿子模块协调配合,吸收负载侧过剩的能量,实现对负载侧的短路故障保护; [0087] 当电源侧发生短路故障时,超导限流型直流断路器子模块进入断路模式,通过对第一低温功率开关进行零电流关断,实现电源侧与负载侧的电气隔离;同时,通过超导储能补偿子模块和/或退役电池补偿子模块协调配合,补偿负载侧不足的能量,实现对负载侧的不间断供电。 [0088] 具体的,所述超导储能‑退役电池联合补偿的低温电能变换及限流电路包括超导限流型直流断路器子模块、超导储能补偿子模块、退役电池补偿子模块。 [0089] 所述超导限流型直流断路器子模块包括主电路单元和辅助电路单元。 [0090] 所述主电路单元包括第一超导电感1、第一低温功率开关2、第二超导电感3、第一超导限流电阻4。 [0091] 所述第一超导电感1、所述第一低温功率开关2、所述第二超导电感3、所述第一超导限流电阻4依次串联构成主电路单元。 [0092] 所述辅助电路单元包括第一低温二极管5、第一释能电阻6、第一常温电容7、第二低温二极管8、第二释能电阻9、常温功率开关10、第二常温电容11、常导电感12。 [0093] 所述第一低温二极管5的阴极与所述电源、所述第一超导电感1之间的公共点相连,所述第一低温二极管5的阳极与所述第一释能电阻6相连,所述第一释能电阻6的另一端与所述第一超导电感1、所述第一低温功率开关2之间的公共点相连; [0094] 所述第一常温电容7的其中一端与所述第一低温功率开关2、所述第二超导电感3之间的公共点相连,另一端与电源的地相连; [0095] 所述第二低温二极管8的阴极与所述第一低温功率开关2、所述第二超导电感3之间的公共点相连,所述第二低温二极管8的阳极与所述第二释能电阻9相连,所述第二释能电阻9的另一端与所述第二超导电感3、所述第一超导限流电阻4之间的公共点相连; [0096] 所述常温功率开关10的其中一端与所述第二超导电感3、所述第一超导限流电阻4之间的公共点相连,另一端与电源的地相连; [0097] 第二常温电容11的一端与第一超导电感1、第一低温功率开关2之间的公共点相连,第二常温电容11的另一端与常导电感12的一端相连,常导电感12的另一端与第二超导电感3、第一超导限流电阻4之间的公共点相连; [0098] 所述超导限流型直流断路器的工作原理如下: [0099] 当负载侧正常工作时,所述超导限流型直流断路器子模块进入稳态模式;此时,电源通过所述主电路单元给负载供电,流过所述第一超导电感1、所述第一低温功率开关2、所述第二超导电感3、所述第一超导限流电阻4的电流为正常负载电流,流过所述第二常温电容11、所述常导电感12的电流为零,所述第二常温电容11的电压等于电源电压。 [0100] 当负载侧发生短路故障时,所述超导限流型直流断路器子模块进入限流模式;此时,流过所述第一超导限流电阻4的短路故障电流超过其临界电流上限,使所述第一超导限流电阻4的电阻值从零迅速上升,用于限制短路故障电流。 [0101] 当负载侧需要断开供电时,通过闭合所述常温功率开关10模拟短路故障,使所述超导限流型直流断路器子模块进入断路模式;此时,所述第一常温电容7依次通过所述第一低温功率开关2、所述第二常温电容11、所述常导电感12、所述常温功率开关10形成闭合放电回路;当闭合放电回路的电流幅值上升到等于所述第一超导电感1的电流时,流过所述第一低温功率开关2的电流将下降为零,即可对所述第一低温功率开关2进行零电流关断,完成负载侧的断路操作。 [0102] 所述超导储能补偿子模块包括超导储能磁体和低温电力电子变换器。 [0103] 所述低温电力电子变换器包括第三低温二极管14、第二低温功率开关15、第三低温功率开关16、第四低温二极管17。 [0104] 所述第三常温电容13与负载并联,所述第三常温电容13的正极与负载输入端为同一点,负极与电源地相连; [0105] 所述第三低温二极管14的阴极与所述第三常温电容13的正极相连,所述第三低温二极管14的阳极与所述第二低温功率开关15的一端相连,所述第二低温功率开关15的另一端与电源地相连; [0106] 所述第三低温功率开关16的一端与所述第三低温二极管14的阴极相连,另一端与所述第四低温二极管17的阴极相连,所述第四低温二极管17的阳极与电源地相连; [0107] 所述超导储能磁体18的一端与所述第三低温二极管14、所述第二低温功率开关15之间的公共点相连,另一端与所述第三低温功率开关16、所述第四低温二极管17之间的公共点相连; [0108] 所述超导储能补偿子模块的工作原理如下: [0109] 所述第二低温功率开关15与所述第三低温功率开关16的驱动信号相同; [0110] 当所述第二低温功率开关15、所述第三低温功率开关16闭合时,所述第三常温电容13通过所述第三低温功率开关16、第三常温电容13通过第三低温功率开关16、第二低温功率开关15对超导储能磁体18进行充电,吸收负载侧过剩的能量; [0111] 当所述第二低温功率开关15与所述第三低温功率开关16断开时,所述超导储能磁体18通过所述第三低温二极管14、所述第四低温二极管17对所述第三常温电容13充电,补偿负载侧不足的能量; [0112] 所述退役电池补偿子模块包括退役电池和低温电力电子电池变换器。 [0113] 所述低温电力电子电池变换器包括第四低温功率开关19、第三超导电感20、第二超导限流电阻21、第五低温功率开关22。 [0114] 所述第四低温功率开关19的其中一端与所述第三常温电容13的正极相连,另一端与所述第三超导电感20相连,所述第三超导电感20的另一端与所述第二超导限流电阻21相连,所述第二超导限流电阻21的另一端与所述退役电池23的正极相连,所述退役电池23的负极与电源地相连; [0115] 所述第五低温功率开关22的其中一端与所述第四低温功率开关19、第三超导电感20之间的公共点相连,另一端与电源地相连; [0116] 退役电池补偿子模块的工作方法包括如下过程: [0117] 所述第五低温功率开关22与所述第四低温功率开关19的驱动信号为互补信号; [0118] 退役电池23通过第二超导限流电阻21、第三超导电感20、第四低温功率开关19、第五低温功率开关22对第三常温电容13进行功率补偿;通过改变第五低温功率开关22的驱动信号占空比,动态调节退役电池对第三常温电容13的功率补偿值; [0119] 当第四低温功率开关19、或/和第三超导电感20、或/和第五低温功率开关22发生短路故障时,第二超导限流电阻21从零阻值迅速上升至高阻值,限制短路故障电流;当所有短路故障清除后,第二超导限流电阻21恢复零电阻状态。 [0120] 所述超导储能补偿子模块和所述退役电池补偿子模块的协调配合工作原理如下: [0121] 当负载电压等于额定电压时,电源通过所述超导限流型直流断路器子模块直接给负载供电;所述第二低温功率开关15与所述第三低温功率开关16驱动信号的占空比等于50%,使所述第三常温电容13与所述超导储能磁体18在正负半周期的能量交互总和为零; 关断所述退役电池23,使所述第四低温功率开关19驱动信号的占空比为0,使所述退役电池补偿模块与所述第三常温电容13断开。 [0122] 当负载电压大于额定电压,且所述超导储能磁体18的电流小于下限阈值时,使所述第三低温功率开关16、所述第二低温功率开关15的驱动信号的占空比大于50%,所述第三常温电容13通过所述第三低温功率开关16、所述第二低温功率开关15对所述超导储能磁体18进行充电;关断所述退役电池23,使所述第四低温功率开关19驱动信号的占空比为零,使退役电池补偿子模块与第三常温电容断开; [0123] 当负载电压大于额定电压,且所述超导储能磁体18的电流大于等于上限阈值时,使所述第三低温功率开关16、所述第二低温功率开关15的驱动信号的占空比等于50%,使所述第三常温电容13与所述超导储能磁体18在正负半周期的能量交互总和为零;开启退役电池23,通过动态调节第四低温功率开19关驱动信号的占空比,使第三常温电容13通过第四低温功率开关19、第五低温功率开关22、第三超导电感20、第二超导限流电阻21对退役电池23进行充电; [0124] 当负载电压小于额定电压,且所述超导储能磁体18的电流大于上限阈值时,使所述第三低温功率开关16、所述第二低温功率开关15的驱动信号的占空比小于50%,所述超导储能磁体18通过所述第三低温二极管14、所述第四低温二极管17对所述第三常温电容13进行放电;关断退役电池23,第四低温功率开关19驱动信号的占空比为零,使退役电池23补偿子模块与第三常温电容13断开。 [0125] 当负载电压小于额定电压,且所述超导储能磁体18的电流小于等于下限阈值时,使所述第三低温功率开关16、所述第二低温功率开关15的驱动信号的占空比等于50%,使所述第三常温电容13与所述超导储能磁体18在正负半周期的能量交互总和为零;开启所述退役电池23,通过动态调节第四低温功率开关19驱动信号的占空比,使所述退役电池23通过所述第二超导限流电阻21、所述第三超导电感20、所述第五低温功率开关22、所述第四低温功率开关19对所述第三常温电容13进行放电; [0126] 超导储能‑退役电池联合补偿的低温电力电子变换及故障限流电路的协调配合工作方法包括如下过程: [0127] 当负载侧发生短路故障时,超导限流型直流断路器子模块进入限流模式,第一超导限流电阻呈现出高阻值,用于限制短路故障电流;同时,通过超导储能补偿子模块和/或退役电池补偿子模块协调配合,吸收负载侧过剩的能量,实现对负载侧的短路故障保护; [0128] 当电源侧发生短路故障时,超导限流型直流断路器子模块进入断路模式,通过对第一低温功率开关进行零电流关断,实现电源侧与负载侧的电气隔离;同时,通过超导储能补偿子模块和/或退役电池补偿子模块协调配合,补偿负载侧不足的能量,实现对负载侧的不间断供电。 [0129] 超导限流型直流断路器子模块的主电路单元、所述超导储能补偿子模块的超导储能磁体和低温电力电子超导变换器、所述退役电池补偿子模块的低温电力电子电池变换器,均工作在极低温的工作环境中。 |