120kJ高温超导储能磁体的研究

阐述了120k J高温超导储能磁体的高温超导带选择及磁体主要参数。为确定120k J高温超导储能磁体绕组的通电方式,比较了30个高温超导双饼线圈两种连接方式在225A电流下的磁场特性。为满足杜瓦强度要求,针对120k J高温超导储能磁体杜瓦开展了结构设计及强度分析,结果表明,杜瓦满足高温超导绕组吊挂对其强度的要求。     

300MJ环状高温超导储能磁体的优化设计

介绍了300M J环状高温超导储能磁体优化设计的步骤。为了提高优化设计的效率,减少常规寻优方法的计算量,将改进的粒子群优化算法引入到高温超导储能磁体的优化设计中,给出了用B i-2223超导线材进行300M J环状储能磁体设计的优化结果,并采用商用电磁场有限元分析软件ANSYS对本文关于环状螺线管系统磁场、能量计算方法的正确性进行了验证。     

高温超导储能应用研究的新进展

简要回顾了用于高温超导储能磁体的高温超导磁体材料的性能;重点介绍了近年来几种类型的高温超导储能磁体的研究新进展;然后分别介绍了Bi-2212和Bi-2223高温超导储能磁体的研究情况;最后简述了将来可能用YB-CO(或NdBCO)涂层导体材料设计在液氮温区运行的高温超导储能磁体。     

35kJ高温超导储能磁体的优化设计

介绍了35kJ高温超导储能磁体的设计步骤。为了减少常规寻优方法的计算量,将加权粒子群优化算法(WPSO)引入到高温超导储能磁体的优化设计中,给出了用B i-2223超导线材进行35kJ储能磁体设计的优化结果,分析了高温超导线材的各向异性对磁体临界电流的影响,并比较了两种不同的单螺线管磁体结构在不同优化目标的情况下,超导线材用量和杂散磁场的分布的变化。     

5kJ高温超导环型储能磁体电磁优化设计

电磁优化设计在高温超导磁体的设计中占有至关重要的地位。文中应用MATLAB中的遗传算法工具箱并结合ANSYS有限元仿真计算,对高温超导储能磁体进行了电磁优化设计,给出了用AMSC公司生产的YBCO带材进行储能量为5kJ的环型磁体的电磁优化设计的结果,并对优化设计的结果进行了分析和总结。     

舰船电力系统用1MJ高温超导环型储能磁体的设计研究

介绍了舰船电力系统用 1MJ环型高温超导储能磁体的设计优化步骤 ,进行了环型磁体线圈最大磁场的优化、环型磁体单元尺寸的优化和环型磁体单元数目的优化 ,并得出了合适的磁体线圈尺寸。磁体线圈上的最大磁感应强度为 3-4 T,单元数目较大的环型磁体适用于 1MJHTS- SMES     

1MJ高温超导储能-限流磁体的电磁优化设计

超导磁体是超导储能-限流系统(SMES-FCL)中最为核心的部件,它运行于复杂电磁环境中,电磁设计是整个磁体设计中最为重要的环节。文中结合1G和2G高温超导带材的电磁特性,采用两种带材混合绕制磁体的技术方案,运用有限元方法(FEM)对1MJ高温超导磁体的电磁结构和特性进行仿真分析和研究。经过仿真与优化,综合带材用量、制冷成本和运行成本以及在脉冲和限流等极端情况下所需安全裕度等多种因素,完成磁体的电磁优化设计。     

2.5MJ高温超导储能磁体的单圈嵌套式屏蔽研究

随着高储能量的高温超导储能磁体在电力系统中的应用日益广泛,对高储能量磁体周围漏磁场的屏蔽愈加重要.本文利用有限元仿真软件ANSYS分析了储能量为2.5MJ的高温超导磁体周围的漏磁场分布,并对其进行同轴嵌套式主动屏蔽.根据理论计算确定屏蔽磁体的几何尺寸和应加载的电流密度,并对四个不同几何参数的嵌套式屏蔽磁体进行仿真分析,最终确定了效果较好的屏蔽方案.     

35kJ直接冷却高温超导储能磁体

介绍了直接冷却高温超导储能磁体的基本结构,分析了磁体的电磁特性,分析结果表明,磁体电磁设计中采用端部两对饼并联的方式,削弱了磁体端部磁场径向分量,提高临界电流,磁体表现了较好的电磁特性;仿真了磁体与电力系统进行功率交换时的热特性,仿真结果与实验结果两者温度变化总体趋势是一致的;介绍了磁体的冷却实验和磁体系统的动态模拟实验结果.实验结果表明磁体的冷却措施和低温系统的冷却方案是可行的,磁体具有较好的热稳定性.     

1MJ环型高温超导储能磁体在不同单元线圈高度下的电磁场分析

近年来高温超导储能系统(SMES)由于其高密度的储能优势得到广泛关注,因此对其核心组成部分高温超导磁体的研究显得尤为重要.本文通过ANSYS有限元软件建立了四个螺线管组成的1MJ环型磁体在单元线圈高度不同情况下的模型,分析总结了四螺线管组成的环型磁体的漏磁场与磁场分布规律,为磁体的设计提供了一定的参考依据.     

高温超导磁体临界电流影响因素的研究

临界电流值是描述Bi2223高温超导带材性能的一个基本参数,在一定的温度条件下,Bi2223高温超导带材的临界电流是带材所在位置磁场大小和磁场方向的函数,其短样的临界电流值可以通过四引线法测量,单根超导带材的自场很小,磁场对临界电流的影响可以忽略.高温超导磁体的临界电流被定义成引发该磁体失超的最小电流,高温超导磁体的自场比单根超导带材的自场要大得多,磁体各个位置的磁场大小和方向各不相同,很难用理论的方法准确计算磁体的临界电流.对于高温超导磁体而言,除了磁场的影响因素以外,绕制磁体所用的超导带材自身的均匀性也是影响其临界电流的一个重要因素.本文对这两个因素进行探讨,并着重讨论高温超导带材自身的均匀性对临界电流大小的影响,本文的结论可以为高温超导磁体的设计、磁体绕制时带材的选择、磁体运行时安全工作电流的确定提供帮助.     

Performance improvement of a high-temperature superconducting coil by separating and grading the coil edge

In this paper, we establish a model to analyze the transport current performance of a high-temperature superconducting (HTS) coil, considering the dependencies of critical current and n-value of an HTS tape on magnetic field and magnetic field angles. This analysis shows that relatively large electric fields appear at the coil’s edges, preventing improvement in the transport current performance of the coil. To solve this problem, in this paper, we propose a graded coil in which several coil edges of different heights are separated and graded. Analysis of its performance shows that the coil’s critical current increases, thus confirming that there exists an optimum coil cross section at which the stored energy and central magnetic field improve 2.1 times and 45%, respectively, compared with a typical rectangular coil that employs the same total length of the HTS tape. It is recommended that these results of the coil should be applied to SMES.     

Bi2223／Ag带HTS双饼磁体实验

用国产Bi2223／Ag带（西北有色金属研究院提供）设计的中心场3．0T．贮能35kJ的传导冷却高温超导磁体正在建造中．磁体由绕组内径150mm．外径272mm的32个双饼磁体组成．磁体在温度T=20K下．设计临界电流Ic=132A．额定运行电流I=100A.在T=20K附近进行四双饼组合磁体实验，得到磁体Ic=140A，中心场Bcc=1．14T，相应Bi2223／Ag带上最大轴向场Brmax=1．91T．Bi2223／Ag带上最大垂直场Brmax=1．14T．四双饼组合磁体的实验结果预示：35kJ HTS贮能磁体的设计目标能够达到．     

遗传-蚁群混合算法在高温超导匀场磁体优化设计中的应用

遗传算法具有很强的自适应性、鲁棒性和全局搜索能力,但其局部搜索能力相对较弱,计算后期易出现进化缓慢、过早收敛等问题,蚁群算法是近几年迅速发展起来的一种新的全局优化算法,具有正反馈机制,但是计算初期由于信息素差别小,初始收敛速度较慢.本文将这两种优化方法结合起来,充分发挥各自的优势,形成了遗传-蚁群混合算法,并选用测试函数对算法的优化性能作了对比计算,最后以高温超导匀场磁体为实际应用目标,以绕制磁体所用超导带长度为目标函数对磁体结构进行优化设计,优化方案比原始方案节省7.32%的超导带材用量.     

高温超导变压器中带材临界电流随磁场变化的研究

通过自行设计的小型磁体产生稳态磁场,测量了高温超导带材在不同磁场下的临界电流,得到带材临界电流随外加磁场变化的曲线．并提出了高温超导变压器漏磁场优化设计的目标．     

Induced current of high temperature superconducting loops by combination of exciting coil and thermal switch

With its commercialization, the second-generation (2G) high temperature superconducting (HTS) RE—Ba—Cu—O (REBCO, RE is rare earth) tape is extensively applied to the superconducting magnets in the high magnetic fields. However, unlike low temperature superconducting (LTS) magnets, the HTS magnet cannot operate in the persistent current mode (PCM) due to the immature superconducting soldering technique. In this paper, an exciting method for two HTS sub-loops, so-called charging and load loops, is proposed by flux pump consisting of exciting coil and controllable thermal switch. Two HTS sub-loops are made of an REBCO tape with two slits. An exciting coil with iron core is located in one sub-loop and is supplied with a triangular waveform current so that magnetic field is generated in another sub-loop. The influence of magnetic flux on induced current in load loop is presented and verified in experiment at 77 K. The relationship between the induced magnetic flux density and the current on the sub-loops having been calibrated, magnetic flux density, and induced current are obtained. The results show that the HTS sub-loops can be excited by a coil with thermal switch and the induced current increases with magnetic flux of exciting coil increasing, which is promising for persistent current operation mode of HTS magnets.     

传输交流的Bi2223/Ag高温超导带在不同取向交流外场下的交流损耗

在高温超导的电力应用中，如超导电机、变压器等，多数情况下，高温超导带材在通以交流传输电流的同时还处于交变磁场中。此时，超导体的交流损耗不仅依赖于磁场的大小，还与磁场相对于超导带面的取向有关。本文在77K及工频50Hz情况下，实验研究了单根多芯Bi2223/Ag高温超导带及两带并联时的交流损耗随着外磁场与带面夹角的变化情况；以及交流磁场对临界电流的影响情况；并对单根带及两带并联的实验结果进行了比较与分析。