传输电能的方法与流程

本发明涉及用于传输电能的方法，其中，在两个电气单元之间借助于其两端分别以电流传导方式连接至所述电气单元之一的超导电缆系统来传输电流，并且其中，还布置了并行于该超导电缆系统的标准传导电缆系统，其中，超导电缆系统的功能由控制单元监控。

背景技术：

超导电缆系统例如用于在市政供电网络中传输电能。在导体的直流电为零的足够低的温度下，超导电缆系统可实现电能的虚拟无损耗传输。例如，超导电缆系统可以在区域输送或配电网络(例如，110kV的电压)中使用，或者用于连接城市内部配电网络(例如，10kV的电压)中的变压器单元。超导电缆系统还可以将用户的连接器连接至市政电网。

超导电缆系统由布置在用于冷却的低温恒温器中的超导电缆构成。低温恒温器具有通过其传导适当的冷却剂(例如，液氦或液氮)的至少一个热绝缘管。该绝缘管例如由两个同心布置的金属管构成，这两个金属管彼此之间保持一定距离，并且两金属管之间包括真空绝缘材料和其它绝缘材料。在超导电缆系统的端部处，用于连接至电流供应网络或电气单元的端盖被固定。这些端盖配备有用于从冷却剂储存器中抽取冷却剂的通道。超导电缆系统的端部分别通过电力开关和其它电缆元件(例如，隔离开关)连接至变压器单元之间的收集轨(collection rail)或其它电气单元。

电气单元中的技术部件以及所述电气单元之间的电力线路通常被设计为冗余的，使得在出现问题(即，部件之一中出现故障或错误)的情况下，继续确保能量传输系统的功能，并且例如避免断电。除超导电缆系统之外，常规电缆系统(即，标准传导(normally conductive)电缆系统)也通过电力开关和其它元件连接至变压器单元。标准传导电缆系统通常包括例如三相系统中每相一个或多个常规电缆。在正常操作期间，超导电缆系统和标准传导电缆系统可以被操作，使得在一个电缆系统中断的情况下，相应的另外一个电缆系统可以继续操作。作为替代，可以在正常操作期间切断标准传导电缆系统。

超导电缆系统的功能由控制系统或保护系统监控。例如，保护系统测量超导电缆系统的一端或两端处的电流或阻抗的强度。如果确定了功能缺陷，则关断超导电缆系统。如果标准传导电缆系统不与超导电缆系统并行地进行操作，则随后由一个电缆系统切换至另外一个电缆系统。在标准传导电缆系统被并行地操作的情况下存在这样的缺点：电流总是流过该电缆系统，造成增加总系统损耗的损耗。标准传导电缆系统被长久地接通缩短了其寿命。

在正常操作中切断标准传导电缆系统的情况下，存在这样的缺点：在超导电缆系统被切断之后且标准传导电缆系统被接通之前不能确保网络的电流供应。在Jun Yang et al,Power and Energy Society General Meeting—Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21^st Century,2008IEEE,20July.2008,p.1-5(Jun Yang等，电力和能源学会大会-21世纪电能的转换和输送，2008IEEE，2008年7月20日，第1-5页)中描述了一种高温超导(HTS)电缆系统，其包括HTS电缆和并行的常规电缆。在HTS电缆故障的情况下，常规电缆被切断，并且随后立即切断HTS系统。

技术实现要素：

本发明基于通过超导电缆系统使得用于传输电能的改进方法有效以避免供电中断的目的。

根据本发明满足该目的，本发明中，

在正常操作期间，标准传导电缆的仅一端被连接；

在由超导电缆系统中的第一信号导致问题的情况下，首先使标准传导电缆系统的另一端导通地连接，使得标准传导电缆系统变为电流导通，并且

随后通过电气单元中的至少一个的控制单元的第二信号来切断超导电缆系统。

根据本发明的方法实现了电流网络中电能传输系统的有效利用。永久地接通标准传导电缆系统的一端尤其实现了电缆系统的无故障功能的监控。因此，整个系统的功能安全性相对于用于电能传输的已知系统和相应的方法而言提高了。在正常操作期间，标准传导电缆系统仅通过负载电流来承载。由于这不能产生大电流，因此电流负载仅导致了低到可以忽略的损耗发生。这大幅地降低了传输总损耗。而且，延长了标准传导电缆系统的寿命。由控制单元控制的传输系统的开关序列确保所连接的电气单元(例如，变压器单元)不间断地供电。在超导电缆系统中断的情况下，标准传导电缆系统总是在超导电缆系统切断之前接通。这通过发送第一信号和发送第二信号之间相应延时而实现。控制单元可以向相应的电力开关例如首先发送第一信号，随后发送具有时间延迟的第二信号。作为替代，包含两个信号的开关序列也可以一次性被发送至电力开关，其中第二信号与相应的延迟相关联。

附图说明

借助于附图解释根据本发明的方法及相对应的传输系统。附图中：

图1是用于传输电能的系统的示意图；以及

图2示出了用于传输电能的方法的实施例。

具体实施方式

在图1中，示出了电站的两个连接元件2、3，在这两个连接元件2、3之间传输电能。连接元件2、3可以是例如应归入变压器单元的三相电流系统的连接轨(connecting rail)。超导电缆系统4将连接元件2、3彼此连接。超导电缆系统4的端部通过电力开关6、7连接至连接元件2、3。

与超导电缆系统4并行的标准传导电缆系统5的端部通过电力开关8、9连接至连接元件2、3之一。标准传导电缆系统5包括每相至少一个标准传导电缆5a，然而优选地，每相多个标准传导电缆5a。在图1中示出了每相两个电缆5a。

在正常操作中(即，在与传输系统1的正确操作一致的操作中)，仅超导电缆系统4用于传导用于能量传输的电流。标准传导电缆系统5不传输电流。属于超导电缆系统4的电力开关6、7闭合。标准传导电缆系统5被构造为在超导电缆系统4中出现问题的情况下的冗余系统。标准传导电缆系统5仅连接至连接元件2、3中的一个的端部。因此，在电气单元之一和标准传导电缆系统之间建立了电流传导连接，但是在两个电气单元之间没有产生电流传导连接。

控制单元10监控超导电缆系统4和标准传导电缆系统5的功能。控制单元10是有利地对电缆系统4、5处的物理值(电流、电压和阻抗)中的一个或多个执行连续测量的保护系统。测量还可以被定期地执行。控制单元10适于通过信号闭合和断开电力开关6至9。

控制单元10可由如图1中所示的部件构成。在这种情况下，控制单元10通信地连接至电力开关6至9中的每一个。作为替代，控制单元10可以由两个部分组成，其中每个部分总是通信地连接至电气单元之一。在这种情况下，控制单元10的一部分总是通信地连接至电气单元的电力开关6至9中的一个。控制单元10中的两个部分又可以彼此通信地连接。控制单元10还可以由多个部分组成，其中多个部分之一连接至电力开关之一。

根据替代实施例，超导电缆系统4和标准传导电缆系统5还可以由相对应的保护系统监控。在这种情况下，这两个保护系统彼此通信地连接以形成控制单元。

在能量传输系统1的操作期间，由控制单元10通过例如测量超导电缆系统4的两个端部处的电流并比较它们的值(差动保护)来监控超导电缆系统4的功能或无故障操作。在电流值不相同的情况下，触发指示错误。还可以仅在超导电缆系统4的一端处测量电流，以便确定该电流值是过高还是正确。通过测量标准传导系统5的一个连接端处的电压来监控标准传导系统5的功能。以这种方式，可以确定电缆中的一个是否例如被街道施工装置扯裂或损坏。

根据本发明的方法的实施例被示意性示出为如图2中的流程图。该方法由图1中示出的传输系统1执行。超导电缆系统(SCCS)的操作由控制单元10监控(参照标号20)。如果检测到故障或问题(参照标号22)，则必须迅速地将其与网络分离。控制单元10生成通过其将用于连接标准传导系统(NCCS)5的第二电力开关8、9闭合的第一信号12(参照标号24)。在闭合第二电力开关(PS)8、9之后，通过标准传导电缆系统5的电气单元之间的连接是电流传导的。在发送第一信号(参照标号24)之后，通过相应的第二信号11(参考标号28)将电力开关6、7(通过其将超导系统4连接至电气单元之一)中的至少一个断开，使得通过电气单元之一将超导电缆系统4切断。现在不再有通过超导电缆系统4的电流传导连接。

优选地，超导电缆系统4中的两个电力开关6、7均被断开。

由于在超导电缆系统4出现故障的情况下必须尽快将其切断，所以，所述开关序列必须在很快的时间内发生。超导电缆系统4的切断和标准传导电缆系统5的接通之间的时间间隔(Δt)仅为几毫秒。例如，在用于接通标准传导系统5的信号12之后的1ms至20ms内发生用于切断超导电缆系统4的信号11。这可以通过在发送第一信号12之后以适当时间间隔发送第二信号11来实现。如果标准传导电系统5发生故障，则通过由电力开关8、9的控制单元生成的信号来将利用其将标准传导系统5连接至电气单元的电力开关8、9断开。标准传导电缆系统5现在完全切断并且可以被修复，以便纠正故障。