一种超导线圈、超导储能装置及控制方法

摘要

本发明涉及电磁能量存储及控制领域，尤其涉及一种超导线圈、超导储能装置及控制方法。本发明针对现有技术中问题，提供一种超导线圈、超导储能装置及控制方法，具有辅助冷却结构和混合超导导线的超导线圈，构成超导电磁储能装置并通过储能控制装置及控制方法，使得储能装置工作状态按负载变化自动选择，实现数字化控制储能装置的工作状态，进行具有保护功能的、高效的和可靠的控制。本发明中通过超导导线圈本体、线圈骨架、复合超导开关等形成超导线圈进而形成超导装置，通过超导装置控制方法完成本设计，本发明应用于电磁能量存储及控制领域。

主权项

一种超导线圈制备的超导储能装置，其特征在于包括超导线圈本体、线圈骨架、复合超导开关，还包括电子开关单元、第一电容、处理器、电源、外接负载、逻辑保护电路，所述超导线圈本体是超导初始带材或大电流复合超导导线绕制而成，所述复合超导开关包括超导线圈本体端线、超导电流引线、超导开关引线、超导开关，所述超导线圈本体端线两端口分别对应与超导电流引线两端口连接，超导开关引线跨接在超导线圈本体端线与超导电流引线连接处，所述超导开关通过超导开关引线与超导线圈本体端线两端口连接；所述超导线圈本体端线、超导电流引线、超导开关引线为YBa₂Cu₃O_7‑x高温超导镀膜导线；所述超导线圈本体端线、超导电流引线、超导开关引线为多芯导线，所述多芯导线是Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、YBa₂Cu₃O_7‑x超导线、MgB₂超导线，所述Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x超导线是T_c~110K，所述Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线、(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+x超导线是T_c~85K，所述YBa₂Cu₃O_7‑x超导线是T_c~90K，所述MgB₂超导线是T_c~39K；所述电子开关单元包括第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关，所述电源、第一开关、第二开关构成回路，第三开关、第四开关与外接负载构成回路，所述超导线圈超导电流引线段一端与第一开关、第二开关连接端连接，超导线圈超导电流引线另一端与第三开关、第四开关连接端连接，所述第三开关、外接负载连接端与第二开关、电源负极连接端连接，所述处理器分别输出控制第一开关控制端、第二开关控制端、第三开关控制端、第四开关控制端，所述电源给超导线圈充电，其特征在于还包括逻辑保护电路，所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流及外接负载电压值判断超导储能装置是否处于过流过压状态；逻辑保护电路通过检测处理器输出的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的状态值，判断处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作，如果存在过流、过压或者处理器存在误动操作，则关断第一开关，然后关断第四开关、再闭合第三开关、最后闭合第二开关，使得超导储能装置处于储能保护模式；否则超导储能装置正常工作；所述逻辑保护电路通过检测超导线圈电流及外接负载电压值判断超导储能装置是否处于过流或过压状态；逻辑保护电路通过检测处理器输出的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的状态值，判断处理器输出开关电路状态值是否存在误动操作具体过程是：其中处理器检测超导线圈电流值I_L与负载充电时的电压值U_R，所述逻辑保护电路包括过流过压模块、误动作模块、误跳变模块、或门电路、保护电路，步骤1：根据所述I_L或者U_R分别与处理器预设的参考电流值或电压值的大小关系，输出过流标志位或过压信号标志位，若I_L或者U_R大于处理器预设的参考电流值或参考电压值，则过流标志位或过压信号标志位置高；否则过流标志位或过压信号标志位置低，然后通过过流过压模块判断过流标志位或过压信号标志位，若过流标志位或过压信号标志位为高，则输出高电平的过流过压标志位信号；否则输出低电平的过流过压标志位信号；步骤2：判断是否存在误动操作，处理器根据所述I_L或者U_R得到第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的状态值，并与误动作模块中设置超导装置控制电子开关单元控制状态值进行比较，若状态值与所述超导装置控制电子开关单元控制状态值其中之一相同，则误动作标志位置为低电平，否则误动作标志位置为高电平；处理器根据所述I_L或者U_R得到相应的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的状态值与下一时刻状态值组成状态变化序列值，所述状态变化序列值与误跳变模块设置的开关状态切换顺序值进行比较判断，若状态变化序列值与开关状态切换顺序值相同，则误跳变标志位置为低，否则置为高；步骤3：过电压过电流标志位、误动作标志位或误跳变标志位输入或门电路，若其中一个输入信号为高，则或门电路输出高电平信号至保护电路，则保护电路输出开关控制信号使得超导储能装置处于保护模式，所述保护电路输出开关控制信号是控制关断第一开关，然后关断第四开关、再闭合第三开关、最后闭合第二开关。