专利摘要
本发明公开了一种多源复合型超导微电网系统及其能量管理方法，包括公用电网子系统、可再生能源发电子系统、直流母线、液氢主管道、液氧主管道、电能存储与利用子系统、复合能源传输与利用子系统、能量状态监测器和能量管理控制器；能量状态监测器用于监测直流母线的电能状态信息以及电能存储与利用子系统的储能状态信息，并由能量管理控制器控制电能存储与利用子系统存储直流母线上过剩的电能、液氢主管道中过剩的液氢以及液氧主管道中过剩的液氧，或者补偿直流母线上不足的电能、液氢主管道中不足的液氢以及液氧主管道中不足的液氧。本发明有效解决了可再生能源发电的间歇性、不稳定性问题，并为电力用户终端提供高品质电能使用。
权利要求
1.一种多源复合型超导微电网系统，其特征在于，包括公用电网子系统、可再生能源发电子系统、直流母线、液氢主管道、液氧主管道、电能存储与利用子系统、复合能源传输与利用子系统、能量状态监测器和能量管理控制器；其中，
所述公用电网子系统和所述可再生能源发电子系统分别将电能输入至所述直流母线，所述能量状态监测器用于监测所述直流母线的电能状态信息以及所述电能存储与利用子系统的储能状态信息，并由能量管理控制器控制电能存储与利用子系统存储所述直流母线上过剩的电能、所述液氢主管道中过剩的液氢以及所述液氧主管道中过剩的液氧，或者补偿所述直流母线上不足的电能、所述液氢主管道中不足的液氢以及所述液氧主管道中不足的液氧。
2.如权利要求1所述的多源复合型超导微电网系统，其特征在于，所述电能存储与利用子系统包括电解水设备、氢气液化设备、氧气液化设备、液氢存储罐、液氧存储罐、燃料电池发电站、超导磁储能磁体、第一直流斩波器和第二直流斩波器、液氢泵、液氧泵；其中，
所述电解水设备、所述氢气液化设备和所述氧气液化设备在所述能量管理控制器的控制下启动工作并且由所述直流母线供电，所述电解水设备将其产生的氢气和氧气分别通入所述氢气液化设备和所述氧气液化设备；
所述氢气液化设备产生的液氢经所述液氢主管道的分流，将一部分液氢输入至所述复合能源传输与利用子系统，其余部分输入至所述燃料电池发电站；
所述氧气液化设备产生的液氧经所述液氧主管道的分流，将一部分液氧输入至所述复合能源传输与利用子系统，其余部分输入至所述燃料电池发电站；
所述液氢存储罐通过所述液氢泵与所述液氢主管道连接，所述液氢泵在所述能量管理控制器的控制下，将所述液氢主管道中过剩的液氢存储至所述液氢存储罐中或将所述液氢存储罐中存储的液氢用来补偿所述液氢主管道中不足的液氢，或者所述液氢存储罐维持当前的液氢存储量不变；
所述液氧存储罐通过所述液氧泵与所述液氧主管道连接，所述液氧泵在所述能量管理控制器的控制下，将所述液氧主管道中过剩的液氧存储至所述液氧存储罐中或将所述液氧存储罐中存储的液氧用来补偿所述液氧主管道中不足的液氧，或者所述液氧存储罐维持当前的液氧存储量不变；
所述燃料电池发电站利用液氢、液氧而产生的直流电能通过所述第一直流斩波器后输送至所述直流母线，用于补偿所述直流母线上不足的电能；
所述超导磁储能磁体设置在所述液氢存储罐内部并通过所述第二直流斩波器与所述直流母线电连接，所述液氢存储罐内的液氢为所述超导磁储能磁体提供低温工作环境，所述超导磁储能磁体在所述能量管理控制器的控制下，将所述直流母线上过剩的电能转换为磁能存储或将其存储的磁能转换为电能来补偿所述直流母线上不足的电能，或者所述超导磁储能磁体维持当前的磁能存储量不变。
3.如权利要求2所述的多源复合型超导微电网系统，其特征在于，所述复合能源传输与利用子系统包括液氧传输管道、液氢传输管道、超导直流电缆、超导交流电缆、液氢杜瓦容器、直流-交流变流器、连接在所述超导直流电缆上的直流负载、连接在所述超导交流电缆上的交流负载、与所述液氢传输管道接通的液氢负载和与所述液氧传输管道接通的液氧负载；其中，
所述超导直流电缆与所述直流母线电连接，用于传输所述直流母线上的直流电能；
所述液氧传输管道与所述液氧主管道接通，用于传输液氧并提供给液氧负载使用；
所述液氢传输管道与所述液氢主管道接通，用于传输液氢并提供给液氢负载使用；
并且，所述液氢传输管道、所述超导直流电缆和超导交流电缆均设置在所述液氧传输管道内，所述超导直流电缆和超导交流电缆均与所述液氢传输管道同轴设置，并且所述超导直流电缆和超导交流电缆位于所述液氢传输管道的内部；
所述直流-交流变流器设置在所述液氢杜瓦容器内部，并且所述液氢杜瓦容器分别通过前端节点通道和后端节点通道与所述液氢传输管道接通，所述超导直流电缆通过前端节点通道与所述直流-交流变流器电连接，所述超导交流电缆通过后端节点通道与所述直流-交流变流器电连接，使所述超导直流电缆传输的直流电能转换为由所述超导交流电缆传输的交流电能。
4.如权利要求3所述的多源复合型超导微电网系统，其特征在于，所述液氢杜瓦容器连接有液氢泄压控制系统，所述液氢泄压控制系统包括氢气回收站、泄压控制电路和氢气压力传感器；其中，
所述氢气回收站通过氢气回收管道与所述液氢杜瓦容器连接，所述氢气回收管道上设置有氢气阀门；所述泄压控制电路根据所述氢气压力传感器检测出所述液氢杜瓦容器内氢气的压力，当压力高于氢气压力阈值时，开启所述氢气阀门，使所述液氢杜瓦容器中的氢气进入所述氢气回收站，直至压力不高于所述氢气压力阈值。
5.如权利要求3所述的多源复合型超导微电网系统，其特征在于，所述超导直流电缆和所述超导交流电缆由BSCCO高温超导导线或ReBCO高温超导导线绕制而成。
6.如权利要求1所述的多源复合型超导微电网系统，其特征在于，所述公用电网子系统包括公用交流电网、第一交流-直流变流器和第三直流斩波器；其中，
所述公用交流电网传输的交流电能，经所述第一交流-直流变流器转化为直流电后，再通过所述第三直流斩波器输送至所述直流母线。
7.如权利要求1所述的多源复合型超导微电网系统，其特征在于，所述可再生能源发电子系统包括风力发电站、第二交流-直流变流器、第四直流斩波器、光伏发电站和第五直流斩波器；其中，
所述风力发电站利用风能而产生的交流电能，经所述第二交流-直流变流器转化为直流电后，再通过所述第四直流斩波器输送至所述直流母线；
所述光伏发电站利用光能而产生直流电能并通过所述第五直流斩波器输送至所述直流母线。
8.一种多源复合型超导微电网系统的能量管理方法，其特征在于，由能量状态监测器监测直流母线上的母线电压Udc、液氢主管道中的液氢流速Sh和液氧主管道中的液氧流速So；
由能量管理控制器根据母线电压Udc，控制超导磁储能磁体工作为电能-磁能状态，用于及时存储所述直流母线上过剩的电能，以及控制电解水设备、氢气液化设备和氧气液化设备启动工作，用于持续吸收所述直流母线上过剩的电能；或者控制超导磁储能磁体工作为磁能-电能状态，用于及时补偿所述直流母线上不足的电能，以及控制燃料电池发电站启动工作，用于持续补偿所述直流母线上不足的电能；或者控制超导磁储能磁体工作为磁能存储状态，以及控制电解水设备、氢气液化设备和氧气液化设备启动工作，用于维持所述超导磁储能磁体的磁能存储量不变，并维持所述直流母线上的母线电压在预设的上、下阈值之间；
由能量管理控制器根据所述液氢主管道中的液氢流速Sh及所述液氧主管道中的液氧流速So，控制所述液氢泵、所述液氧泵工作为正向转动状态，用于持续吸收所述液氢主管道中过剩的液氢和所述液氧主管道中过剩的液氧，并存储至所述液氢存储罐、所述液氧存储罐中；
或者控制所述液氢泵、所述液氧泵工作为反向转动状态，用于将所述液氢存储罐、所述液氧存储罐中的液氢、液氧传输至所述液氢主管道、所述液氧主管道，用于持续补偿所述液氢主管道、所述液氧主管道上不足的液氢、液氧；或者控制所述液氢泵、所述液氧泵工作为停止转动状态，用于维持所述液氢存储罐、所述液氧存储罐中的液氢、液氧存储量不变，并维持所述液氢主管道、所述液氧主管道中的液氢、液氧流速在预设的上、下阈值之间。
9.如权利要求8所述的多源复合型超导微电网系统的能量管理方法，其特征在于，所述能量管理控制器的控制模式包括：
模式1：当母线电压Udc大于或等于电压上限阈值Umax，所述能量管理控制器控制所述电解水设备、所述氢气液化设备和所述氧气液化设备启动工作，控制所述燃料电池发电站停止工作，并且控制所述超导磁储能磁体工作为电能-磁能转换状态；
模式2：当母线电压Udc处于电压上限阈值Umax和电压下限阈值Umin之间，所述能量管理控制器控制所述电解水设备、所述氢气液化设备和所述氧气液化设备启动工作，控制所述燃料电池发电站停止工作，并且控制所述超导磁储能磁体工作为磁能存储状态；
模式3：当母线电压Udc小于或等于电压下限阈值Umin，并且欠压持续时间Tdc小于所述燃料电池发电站的启动时间Ts，所述能量管理控制器控制所述电解水设备、所述氢气液化设备和氧气液化设备停止工作，控制所述燃料电池发电站停止工作，并且控制所述超导磁储能磁体工作为磁能-电能转换状态；
模式4：当母线电压Udc小于等于电压下限阈值Umin，并且欠压持续时间Tdc大于或等于所述燃料电池发电站的启动时间Ts，所述能量管理控制器控制所述电解水设备、所述氢气液化设备和氧气液化设备停止工作，控制所述燃料电池发电站启动工作，并且控制所述超导磁储能磁体工作为磁能-电能转换状态；
模式5：当液氢流速Sh大于或等于液氢流速上限阈值Smax1，所述能量管理控制器控制所述液氢泵工作为正向转动状态；
模式6：当液氢流速Sh处于液氢流速上限阈值Smax1和液氢流速下限阈值Smin1之间，所述能量管理控制器控制所述液氢泵工作为停止转动状态；
模式7：当液氢流速Sh小于或等于液氢流速下限阈值Smin1，所述能量管理控制器控制所述液氢泵工作为反向转动状态；
模式8：当液氧流速So大于或等于液氧流速上限阈值Smax2，所述能量管理控制器控制所述液氧泵工作为正向转动状态；
模式9：当液氧流速So处于液氧流速上限阈值Smax2和液氧流速下限阈值Smin2之间，所述能量管理控制器控制所述液氧泵工作为停止转动状态；
模式10：当液氧流速So小于或等于液氧流速下限阈值Smin2，所述能量管理控制器控制所述液氧泵工作为反向转动状态。
说明书
技术领域
本发明涉及超导微电网技术领域，特别涉及一种多源复合型超导微电网系统及其能量管理方法。
背景技术
近年来包括风能、太阳能等在内的多种自然能源被直接用作大容量并网发电。在自然能源丰富的地域直接建设大容量自然能源发电站，并接入至外来的公用电网中，再通过传统的高压输电线路输送至分布在不同地区的电力用户群。传统的高压输电线路采用铜或铝导线来传输电能，不可避免地产生大量的电能损耗。而采用高温超导线制备的超导直流、交流电缆具备近似零损耗的技术优势，可以代替传统的高压输电线路用于大容量电能传输。但是，由于超导直流、交流电缆要求工作在低温环境中，其实际应用需要增设额外的制冷设备。一种现有的解决方案是将超导直流、交流电缆安装在液氢传输管道内部，由液氢提供其低温工作环境。但是，由于液氢是一种极其低温(-253℃、一个大气压)的液体，具有低温、绝热结构的液氢传输管道仍不可避免地产生一定的热泄露。而且，超导直流、交流电缆之间的电能变换往往采用将二者分别从液氢传输管道内部引出连接在设置在室温环境中的直流-交流变流器的方案，这将不可避免地造成大量的热泄露。
此外，由于风能、太阳能等在内的多种自然能源具有间歇性、不稳定性等技术问题，自然能源发电站的输出功率和电压存在较剧烈的动态波动性，其并网运行需要增设额外的电力储能设备，并通过动态的电能吸收或补偿操作以完成持续、稳定的电能供用。现有的电力储能设备主要为蓄电池、燃料电池等，但是其动态响应速度较慢，无法实现快速的电能吸收或补偿，且其功率密度较低，存在最大输入/输出功率不足的技术缺陷。具备动态响应速度快、输入/输出功率大的技术优势的超导磁储能磁体可以弥补蓄电池、燃料电池等电力储能设备的技术缺陷，但是其能量密度较低、研制成本昂贵。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种多源复合型超导微电网系统及其能量管理方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种多源复合型超导微电网系统，其包括公用电网子系统、可再生能源发电子系统、直流母线、液氢主管道、液氧主管道、电能存储与利用子系统、复合能源传输与利用子系统、能量状态监测器和能量管理控制器；其中，
所述公用电网子系统和所述可再生能源发电子系统分别将电能输入至所述直流母线，所述能量状态监测器用于监测所述直流母线的电能状态信息以及所述电能存储与利用子系统的储能状态信息，并由能量管理控制器控制电能存储与利用子系统存储所述直流母线上过剩的电能、所述液氢主管道中过剩的液氢以及所述液氧主管道中过剩的液氧，或者补偿所述直流母线上不足的电能、所述液氢主管道中不足的液氢以及所述液氧主管道中不足的液氧。
根据一种具体的实施方式，所述电能存储与利用子系统包括电解水设备、氢气液化设备、氧气液化设备、液氢存储罐、液氧存储罐、燃料电池发电站、超导磁储能磁体、第一直流斩波器和第二直流斩波器、液氢泵、液氧泵；其中，
所述电解水设备、所述氢气液化设备和所述氧气液化设备在所述能量管理控制器的控制下启动工作并且由所述直流母线供电，所述电解水设备将其产生的氢气和氧气分别通入所述氢气液化设备和所述氧气液化设备；
所述氢气液化设备产生的液氢经所述液氢主管道的分流，将一部分液氢输入至所述复合能源传输与利用子系统，其余部分输入至所述燃料电池发电站；
所述氧气液化设备产生的液氧经所述液氧主管道的分流，将一部分液氧输入至所述复合能源传输与利用子系统，其余部分输入至所述燃料电池发电站；
所述液氢存储罐通过所述液氢泵与所述液氢主管道连接，所述液氢泵在所述能量管理控制器的控制下，将所述液氢主管道中过剩的液氢存储至所述液氢存储罐中或将所述液氢存储罐中存储的液氢用来补偿所述液氢主管道中不足的液氢，或者所述液氢存储罐维持当前的液氢存储量不变；
所述液氧存储罐通过所述液氧泵与所述液氧主管道连接，所述液氧泵在所述能量管理控制器的控制下，将所述液氧主管道中过剩的液氧存储至所述液氧存储罐中或将所述液氧存储罐中存储的液氧用来补偿所述液氧主管道中不足的液氧，或者所述液氧存储罐维持当前的液氧存储量不变；
所述燃料电池发电站利用液氢、液氧而产生的直流电能通过所述第一直流斩波器后输送至所述直流母线，用于补偿所述直流母线上不足的电能；
所述超导磁储能磁体设置在所述液氢存储罐内部并通过所述第二直流斩波器与所述直流母线电连接，所述液氢存储罐内的液氢为所述超导磁储能磁体提供低温工作环境，所述超导磁储能磁体在所述能量管理控制器的控制下，将所述直流母线上过剩的电能转换为磁能存储或将其存储的磁能转换为电能来补偿所述直流母线上不足的电能，或者所述超导磁储能磁体维持当前的磁能存储量不变。
根据一种具体的实施方式，所述复合能源传输与利用子系统包括液氧传输管道、液氢传输管道、超导直流电缆、超导交流电缆、液氢杜瓦容器、直流-交流变流器、连接在所述超导直流电缆上的直流负载、连接在所述超导交流电缆上的交流负载、与所述液氢传输管道接通的液氢负载和与所述液氧传输管道接通的液氧负载；其中，
所述超导直流电缆与所述直流母线电连接，用于传输所述直流母线上的直流电能；
所述液氧传输管道与所述液氧主管道接通，用于传输液氧并提供给液氧负载使用；
所述液氢传输管道与所述液氢主管道接通，用于传输液氢并提供给液氢负载使用；
并且，所述液氢传输管道、所述超导直流电缆和超导交流电缆均设置在所述液氧传输管道内，所述超导直流电缆和超导交流电缆均与所述液氢传输管道同轴设置，并且所述超导直流电缆和超导交流电缆位于所述液氢传输管道的内部；
所述直流-交流变流器设置在所述液氢杜瓦容器内部，并且所述液氢杜瓦容器分别通过前端节点通道和后端节点通道与所述液氢传输管道接通，所述超导直流电缆通过前端节点通道与所述直流-交流变流器电连接，所述超导交流电缆通过后端节点通道与所述直流-交流变流器电连接，使所述超导直流电缆传输的直流电能转换为由所述超导交流电缆传输的交流电能。
根据一种具体的实施方式，所述液氢杜瓦容器连接有液氢泄压控制系统，所述液氢泄压控制系统包括氢气回收站、泄压控制电路和氢气压力传感器；其中，
所述氢气回收站通过氢气回收管道与所述液氢杜瓦容器连接，所述氢气回收管道上设置有氢气阀门；所述泄压控制电路根据所述氢气压力传感器检测出所述液氢杜瓦容器内氢气的压力，当压力高于氢气压力阈值时，开启所述氢气阀门，使所述液氢杜瓦容器中的氢气进入所述氢气回收站，直至压力不高于所述氢气压力阈值。
根据一种具体的实施方式，所述超导直流电缆和所述超导交流电缆由BSCCO高温超导导线或ReBCO高温超导导线绕制而成。
根据一种具体的实施方式，所述公用电网子系统包括公用交流电网、第一交流-直流变流器和第三直流斩波器；其中，
所述公用交流电网传输的交流电能，经所述第一交流-直流变流器转化为直流电后，再通过所述第三直流斩波器输送至所述直流母线。
根据一种具体的实施方式，所述可再生能源发电子系统包括风力发电站、第二交流-直流变流器、第四直流斩波器、光伏发电站和第五直流斩波器；其中，
所述风力发电站利用风能而产生的交流电能，经所述第二交流-直流变流器转化为直流电后，再通过所述第四直流斩波器输送至所述直流母线；
所述光伏发电站利用光能而产生直流电能并通过所述第五直流斩波器输送至所述直流母线。
一种多源复合型超导微电网系统的能量管理方法，该方法为：由能量状态监测器监测直流母线上的母线电压Udc、液氢主管道中的液氢流速Sh和液氧主管道中的液氧流速So；
由能量管理控制器根据母线电压Udc，控制超导磁储能磁体工作为电能-磁能状态，用于及时存储所述直流母线上过剩的电能，以及控制电解水设备、氢气液化设备和氧气液化设备启动工作，用于持续吸收所述直流母线上过剩的电能；或者控制超导磁储能磁体工作为磁能-电能状态，用于及时补偿所述直流母线上不足的电能，以及控制燃料电池发电站启动工作，用于持续补偿所述直流母线上不足的电能；或者控制超导磁储能磁体工作为磁能存储状态，以及控制电解水设备、氢气液化设备和氧气液化设备启动工作，用于维持所述超导磁储能磁体的磁能存储量不变，并维持所述直流母线上的母线电压在预设的上、下阈值之间；
由能量管理控制器根据所述液氢主管道中的液氢流速Sh及所述液氧主管道中的液氧流速So，控制所述液氢泵、所述液氧泵工作为正向转动状态，用于持续吸收所述液氢主管道中过剩的液氢和所述液氧主管道中过剩的液氧，并存储至所述液氢存储罐、所述液氧存储罐中；
或者控制所述液氢泵、所述液氧泵工作为反向转动状态，用于将所述液氢存储罐、所述液氧存储罐中的液氢、液氧传输至所述液氢主管道、所述液氧主管道，用于持续补偿所述液氢主管道、所述液氧主管道上不足的液氢、液氧；或者控制所述液氢泵、所述液氧泵工作为停止转动状态，用于维持所述液氢存储罐、所述液氧存储罐中的液氢、液氧存储量不变，并维持所述液氢主管道、所述液氧主管道中的液氢、液氧流速在预设的上、下阈值之间。
根据一种具体的实施方式，所述能量管理控制器的控制模式包括：
模式1：当母线电压Udc大于或等于电压上限阈值Umax，所述能量管理控制器控制所述电解水设备、所述氢气液化设备和所述氧气液化设备启动工作，控制所述燃料电池发电站停止工作，并且控制所述超导磁储能磁体工作为电能-磁能转换状态；
模式2：当母线电压Udc处于电压上限阈值Umax和电压下限阈值Umin之间，所述能量管理控制器控制所述电解水设备、所述氢气液化设备和所述氧气液化设备启动工作，控制所述燃料电池发电站停止工作，并且控制所述超导磁储能磁体工作为磁能存储状态；
模式3：当母线电压Udc小于或等于电压下限阈值Umin，并且欠压持续时间Tdc小于所述燃料电池发电站的启动时间Ts，所述能量管理控制器控制所述电解水设备、所述氢气液化设备和氧气液化设备停止工作，控制所述燃料电池发电站停止工作，并且控制所述超导磁储能磁体工作为磁能-电能转换状态；
模式4：当母线电压Udc小于等于电压下限阈值Umin，并且欠压持续时间Tdc大于或等于所述燃料电池发电站的启动时间Ts，所述能量管理控制器控制所述电解水设备、所述氢气液化设备和氧气液化设备停止工作，控制所述燃料电池发电站启动工作，并且控制所述超导磁储能磁体工作为磁能-电能转换状态；
模式5：当液氢流速Sh大于或等于液氢流速上限阈值Smax1，所述能量管理控制器控制所述液氢泵工作为正向转动状态；
模式6：当液氢流速Sh处于液氢流速上限阈值Smax1和液氢流速下限阈值Smin1之间，所述能量管理控制器控制所述液氢泵工作为停止转动状态；
模式7：当液氢流速Sh小于或等于液氢流速下限阈值Smin1，所述能量管理控制器控制所述液氢泵工作为反向转动状态；
模式8：当液氧流速So大于或等于液氧流速上限阈值Smax2，所述能量管理控制器控制所述液氧泵工作为正向转动状态；
模式9：当液氧流速So处于液氧流速上限阈值Smax2和液氧流速下限阈值Smin2之间，所述能量管理控制器控制所述液氧泵工作为停止转动状态；
模式10：当液氧流速So小于或等于液氧流速下限阈值Smin2，所述能量管理控制器控制所述液氧泵工作为反向转动状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明复合了液氢、液氧能源传输和超导直流、交流电缆输电的技术优势，采用近似零损耗的超导直流、交流电缆来进行大容量电能传输，并利用低温、绝缘、环保、安全的液氢来维持安装在液氢传输管道内部的超导直流、交流电缆的工作环境温度，实现了液氢-液氧-超导直流电缆-超导交流电缆多源复合型超导微电网系统，具有比单一的液氢、液氧能源传输和超导直流、交流电缆输电更高的能源传输容量和效率。
2、本发明将用于实现从超导直流电缆至超导交流电缆的电能变换的直流-交流变流器设置在与液氢传输管道连通的液氢杜瓦容器中，利用低温、绝缘、环保、安全的液氢来冷却超导直流、交流电缆的超导引出线和直流-交流变流器内部的功率电子器件，一方面解决了超导直流、交流电缆从液氢传输管道内部引出至室温环境的热泄露问题，另一方面还提高了直流-交流变流器的电能变换效率，从而实现了将液氢、液氧、超导直流电缆、超导交流电缆复合在同一个复合能源传输管道内部的目的，可以为液氢负载、液氧负载、直流负载、交流负载提供安全、持续、可靠的能源供用。
3、本发明复合了燃料电池和超导磁储能磁体的技术优势，实现了化学能-电能复合能源存储和利用技术方案，具有比单一的液氢、液氧化学能存储和电能存储更高的能源存储容量和能源利用效率；同时，利用超导磁储能磁体的动态响应速度快、输入/输出功率大的特征，弥补了燃料电池启动速度较慢、最大输入/输出功率不足的技术问题，从而有效解决了可再生能源发电的间歇性、不稳定性问题，为电力用户终端提供高品质电能供用。
附图说明
图1是本发明多源复合型超导微电网系统结构图；
图2是本发明液氢传输管道、液氧传输管道、超导直流电缆及超导交流电缆的截面结构图；图3是本发明直流-交流变流器及液氢泄压控制系统的结构图。
附图标记列表
1：公用交流电网2：第一交流-直流变流器3：第三直流斩波器4：风力发电站5：第二交流-直流变流器6：第四直流斩波器7：光伏发电站8：第五直流斩波器9：电解水设备10：氢气液化设备11：氧气液化设备12：液氢主管道13：液氢泵14：液氢存储罐15：液氧主管道16：液氧泵17：液氧存储罐18：燃料电池发电站19：第一直流斩波器20：超导磁储能磁体21：第二直流斩波器22：直流母线23：液氧传输管道24：液氢传输管道25：超导直流电缆26：超导交流电缆27：前端节点通道28：后端节点通道29：液氢杜瓦容器30：直流-交流变流器31：氢气压力传感器32：氢气回收站33：氢气阀门34：直流负载35：交流负载36：液氢负载37：液氧负载
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
结合图1所示的本发明多源复合型超导微电网系统的结构图，其包括公用电网子系统、可再生能源发电子系统、直流母线22、液氢主管道12、液氧主管道15、电能存储与利用子系统、复合能源传输与利用子系统、能量状态监测器和能量管理控制器。
其中，公用电网子系统和可再生能源发电子系统分别将电能输入至直流母线22，能量状态监测器用于监测直流母线22的电能状态信息以及电能存储与利用子系统的储能状态信息，并由能量管理控制器控制电能存储与利用子系统存储直流母线22上过剩的电能、液氢主管道12中过剩的液氢以及液氧主管道15中过剩的液氧，或者补偿直流母线22上不足的电能、液氢主管道12中不足的液氢以及液氧主管道15中不足的液氧。
具体的，本发明中的公用电网子系统包括公用交流电网1、第一交流-直流变流器2和第三直流斩波器3。公用交流电网1传输的交流电能，经第一交流-直流变流器2转化为直流电后，再通过第三直流斩波器3输送至直流母线22。
可再生能源发电子系统包括风力发电站4、第二交流-直流变流器5、第四直流斩波器6、光伏发电站7和第五直流斩波器8。风力发电站4利用风能而产生的交流电能，经第二交流-直流变流器5转化为直流电后，再通过第四直流斩波器6输送至直流母线22。光伏发电站7利用光能而产生直流电能并通过第五直流斩波器8输送至直流母线22。
本发明将风力发电站4和光伏发电站7利用可再生能源而产生的电能和公用交流电网1中的电能一同汇入直流母线22，并通过能量状态监测器的监测直流母线22的电能状态信息，再由能量管理控制器来相应地控制复合能源传输与利用子系统，吸收和存储直流母线22上过剩的电能或补偿直流母线22上不足的电能。从而解决自然能源发电站的输出功率和电压存在较剧烈的动态波动性的技术问题。
本发明的电能存储与利用子系统包括电解水设备9、氢气液化设备10、氧气液化设备11、液氢存储罐14、液氧存储罐17、燃料电池发电站18、超导磁储能磁体20、第一直流斩波器19和第二直流斩波器21、液氢泵13、液氧泵16。
电解水设备9、氢气液化设备10和氧气液化设备11在能量管理控制器的控制下启动工作并且由直流母线22供电，电解水设备10将其产生的氢气和氧气分别通入氢气液化设备10和氧气液化设备11。
氢气液化设备10产生的液氢经液氢主管道12的分流，将一部分液氢输入至复合能源传输与利用子系统，其余部分输入至燃料电池发电站18。
氧气液化设备11产生的液氧经液氧主管道15的分流，将一部分液氧输入至复合能源传输与利用子系统，其余部分输入至燃料电池发电站18。
液氢存储罐14通过液氢泵13与液氢主管道12连接，液氢泵13在能量管理控制器的控制下，将液氢主管道12中过剩的液氢存储至液氢存储罐14中或将液氢存储罐14中存储的液氢用来补偿液氢主管道12中不足的液氢，或者液氢存储罐14维持当前的液氢存储量不变。
液氧存储罐17通过液氧泵16与液氧主管道15连接，液氧泵16在能量管理控制器的控制下，将液氧主管道15中过剩的液氧存储至液氧存储罐17中或将液氧存储罐17中存储的液氧用来补偿液氧主管道15中不足的液氧，或者液氧存储罐15维持当前的液氧存储量不变。
燃料电池发电站18利用液氢、液氧而产生的直流电能通过第一直流斩波器19后输送至直流母线22，用于补偿直流母线22上不足的电能。
超导磁储能磁体20设置在液氢存储罐14内部并通过第二直流斩波器21与直流母线22电连接，液氢存储罐14内的液氢为超导磁储能磁体20提供低温工作环境，超导磁储能磁体20在能量管理控制器的控制下，将直流母线22上过剩的电能转换为磁能存储或将其存储的磁能转换为电能来补偿直流母线22上不足的电能，或者超导磁储能磁体20维持当前的磁能存储量不变。
结合图2和图3分别所示的本发明液氢传输管道、液氧传输管道、超导直流电缆及超导交流电缆的截面结构图和直流-交流变流器及液氢泄压控制系统的结构图；本发明中的复合能源传输与利用子系统包括液氧传输管道23、液氢传输管道24、超导直流电缆25、超导交流电缆26、液氢杜瓦容器29、直流-交流变流器30、连接在超导直流电缆25上的直流负载34、连接在超导交流电缆26上的交流负载35、与液氢传输管道24接通的液氢负载36和与液氧传输管道23接通的液氧负载37。
超导直流电缆25与直流母线22电连接，用于传输直流母线22上的直流电能。液氧传输管道23与液氧主管道15接通，用于传输液氧并提供给液氧负载37使用。液氢传输管道24与液氢主管道12接通，用于传输液氢并提供给液氢负载36使用。
并且，液氢传输管道24、超导直流电缆25和超导交流电缆26均设置在液氧传输管道23内，超导直流电缆25和超导交流电缆26均与液氢传输管道24同轴设置，并且超导直流电缆25和超导交流电缆26位于液氢传输管道24的内部。这样的方式具有比单一的液氢、液氧能源传输和超导直流、交流电缆输电更高的能源传输容量和效率。
并且，直流-交流变流器30设置在液氢杜瓦容器29内部，并且液氢杜瓦容器29分别通过前端节点通道27和后端节点通道28与液氢传输管道24接通，超导直流电缆25通过前端节点通道27与直流-交流变流器30电连接，超导交流电缆26通过后端节点通道28与直流-交流变流器30电连接，使超导直流电缆25传输的直流电能转换为由超导交流电缆26传输的交流电能。本发明中的超导直流电缆和超导交流电缆由BSCCO高温超导导线或ReBCO高温超导导线绕制而成。
将直流-交流变流器30设置在与液氢传输管道24连通的液氢杜瓦容器29中，利用低温、绝缘、环保、安全的液氢来冷却超导直流、交流电缆的超导引出线和直流-交流变流器内部的功率电子器件，一方面解决了超导直流、交流电缆从液氢传输管道内部引出至室温环境的热泄露问题，另一方面还提高了直流-交流变流器的电能变换效率。
同时，液氢杜瓦容器29连接有液氢泄压控制系统，液氢泄压控制系统包括氢气回收站32、泄压控制电路和氢气压力传感器31。
氢气回收站32通过氢气回收管道与液氢杜瓦容器29连接，氢气回收管道上设置有氢气阀门33；泄压控制电路根据氢气压力传感器34检测出液氢杜瓦容器29内氢气的压力，当压力高于氢气压力阈值时，开启氢气阀门33，使液氢杜瓦容器29中的氢气进入氢气回收站32，直至压力不高于氢气压力阈值。从而保证液氢传输管道24中的气压维持在一个安全范围内。
本发明还提供一种多源复合型超导微电网系统的能量管理方法，该方法为：由能量状态监测器监测直流母线22上的母线电压Udc、液氢主管道12中的液氢流速Sh和液氧主管道15中的液氧流速So。
由能量管理控制器根据母线电压Udc，控制超导磁储能磁体20工作为电能-磁能状态，用于及时存储直流母线22上过剩的电能，以及控制电解水设备9、氢气液化设备10和氧气液化设备11启动工作，用于持续吸收直流母线22上过剩的电能；或者控制超导磁储能磁体20工作为磁能-电能状态，用于及时补偿直流母线上不足的电能，以及控制燃料电池发电站18启动工作，用于持续补偿直流母线22上不足的电能；或者控制超导磁储能磁体20工作为磁能存储状态，以及控制电解水设备9、氢气液化设备10和氧气液化设备11启动工作，用于维持超导磁储能磁体20的磁能存储量不变，并维持直流母线22上的母线电压在预设的上、下阈值之间。
由能量管理控制器根据液氢主管道12中的液氢流速Sh及液氧主管道15中的液氧流速So，控制液氢泵13、液氧泵16工作为正向转动状态，用于持续吸收液氢主管道12中过剩的液氢和液氧主管道15中过剩的液氧，并存储至液氢存储罐14和液氧存储罐17中。
或者控制液氢泵13、液氧泵16工作为反向转动状态，用于分别将液氢存储罐14中的液氢和液氧存储罐17中的液氧传输至液氢主管道12和液氧主管道15，用于持续补偿液氢主管道12、液氧主管道15中不足的液氢、液氧；或者控制液氢泵13、液氧泵16工作为停止转动状态，用于维持液氢存储罐14、液氧存储罐17中的液氢、液氧存储量不变，并维持液氢主管道12、液氧主管道15中的液氢、液氧流速在预设的上、下阈值之间。
具体的，本发明的能量管理控制器的控制模式包括：
模式1：当母线电压Udc大于或等于电压上限阈值Umax，能量管理控制器控制电解水设备9、氢气液化设备10和氧气液化设备11启动工作，控制燃料电池发电站18停止工作，并且控制超导磁储能磁体20工作为电能-磁能转换状态。
模式2：当母线电压Udc处于电压上限阈值Umax和电压下限阈值Umin之间，能量管理控制器控制电解水设备9、氢气液化设备10和氧气液化设备11启动工作，控制燃料电池发电站18停止工作，并且控制超导磁储能磁体20工作为磁能存储状态。
模式3：当母线电压Udc小于或等于电压下限阈值Umin，并且欠压持续时间Tdc小于燃料电池发电站18的启动时间Ts，能量管理控制器控制电解水设备9、氢气液化设备10和氧气液化设备11停止工作，控制燃料电池发电站18停止工作，并且控制超导磁储能磁体20工作为磁能-电能转换状态。
模式4：当母线电压Udc小于等于电压下限阈值Umin，并且欠压持续时间Tdc大于或等于燃料电池发电站18的启动时间Ts，能量管理控制器控制电解水设备9、氢气液化设备10和氧气液化设备11停止工作，控制燃料电池发电站18启动工作，并且控制超导磁储能磁体20工作为磁能-电能转换状态。
模式5：当液氢流速Sh大于或等于液氢流速上限阈值Smax1，能量管理控制器控制液氢泵13工作为正向转动状态。
模式6：当液氢流速Sh处于液氢流速上限阈值Smax1和液氢流速下限阈值Smin1之间，能量管理控制器控制液氢泵13工作为停止转动状态。
模式7：当液氢流速Sh小于或等于液氢流速下限阈值Smin1，能量管理控制器控制液氢泵13工作为反向转动状态。
模式8：当液氧流速So大于或等于液氧流速上限阈值Smax2，能量管理控制器控制液氧泵16工作为正向转动状态。
模式9：当液氧流速So处于液氧流速上限阈值Smax2和液氧流速下限阈值Smin2之间，能量管理控制器控制液氧泵16工作为停止转动状态。
模式10：当液氧流速So小于或等于液氧流速下限阈值Smin2，能量管理控制器控制液氧泵16工作为反向转动状态。
上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以做出各种修改或改型。
一种多源复合型超导微电网系统及其能量管理方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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