一种自适应寻找高温超导储能磁体最优结构的方法

高温超导线材的各向异性限制了磁体工作电流的提高,从而影响磁体的储能量。改变磁体形状是常用的提高储能量的方法之一,采用带凹槽的螺管线圈不仅能减小带材用量,并且能提高磁场的均匀度。提出一种新的寻找最优储能磁体结构的方法。与一般优化方法不同之处在于其可以根据设定自动寻找满足约束的最优几何结构。COMSOL有限元建模仿真分析结果表明:通过上述对磁体的优化,磁体在储能量提高38%的情况下,体积减小了59%,漏磁场亦满足要求,可以安全稳定运行。验证了所提优化方法的有效性。     

高温超导储能磁体几何参数的优化

对于高温超导储能磁体的设计,必须在保证磁体性能满足设计要求的前提下,对磁体的几何参数进行优化,以达到减小导线使用量和提高磁体性能的目的.文中介绍对双饼单螺管高温超导储能磁体,根据磁体性能随双饼数目的变化关系的计算进行磁体设计参数优化的方法.     

一种新的超导储能磁体结构优化方法

高温超导线材的各向异性一直影响其在工程中的使用性能,临界电流主要受磁体最大垂直磁场(垂直于带材表面)决定,最大应力通常出现在最大轴向磁场(平行于带材表面)处.文章针对单螺线管超导储能磁体,从增大临界电流和减小机械应力两方面出发,提出一种新的超导储能磁体结构优化方法.利用MATLAB从不同径高比(平均半径/高)着手,计算带材总长度为2000m的多组磁体结构参数,建立了单螺线管超导磁体的有限元模型,结合COMSOL仿真软件获得多组结构参数的应力、磁场分布以及磁场最大值,将承受最大应力区域的磁体转移至磁体两端中部区域.对参与转移的磁体参数进行计算,分析对比不同转移参数对磁体应力和临界电流的影响.仿真结果表明,对比常规磁体,优化后的磁体能有效减小最大垂直磁场从而增大临界电流,减小最大轴向磁场从而减小最大应力,对超导储能磁体的优化具有重要意义.     

一种新的高温超导磁体电磁结构优化设计方法

本文阐述了用于高温超导磁体电磁结构优化设计的一种新方法,与一般优化方法不同之处在于其不用定义磁体的初始结构形状,采用该方法可以得到满足规格和性能要求的较佳磁体结构.通过此方法优化设计了一个中心磁场为3T的Bi系高温超导磁体,其设计结果与满足同样要求且经过优化的单螺管高温超导磁体的设计结果作了对比,由结果表明该方法具有很好的优化效果.     

基于单螺线管的超导储能磁体阶梯结构设计优化

高温超导带材各向异性严重制约了磁体临界电流密度的提高,从而使其储能也受到影响。主要通过有限元分析软件对磁体建模仿真,在磁体带材用量不变的前提下,首先以单螺线管型磁体为前提,研究不同径高比对磁体储能的影响,并获取储能最高时的最佳径高比。在此基础上,通过结构优化,建立二阶梯结构的磁体使储能进一步提高,并获得此时储能最大时磁体结构所满足的条件——即满足θ约等于40°时。最后,通过由单一带材到混合带材的使用进一步提高储能。仿真结果表明,通过上述的结构和带材的优化,磁体的储能效率明显提高约61%。     

高温超导磁体临界电流计算方法研究

根据超导带材的临界特性确定超导磁体的临界电流是磁体设计中非常关键的一部分,目前计算超导磁体临界电流的常用方法主要是基于H方程的有限元方法。自洽模型是其中之一,该模型在计算单线圈的临界电流时表现出良好的精度。但是随着磁体规模的增大,传统的自洽模型由于计算效率低下不再适用。介绍了一种用于大型磁体临界电流计算的改进自洽模型。该模型在建模中使用了均质化的思想,大大减少了计算量,从而提高了计算速度。实验表明,改进后的模型具有较高的精度,满足实际需要。该模型将在大型磁体临界电流计算中得到较好的应用。     

基于ARPSO的高温超导分层储能磁体优化设计研究

提出利用双饼线圈轴向阶梯分层的方法,通过改变每层线圈的平均半径来改变径向磁场分布从而优化磁体结构,减少用线量,且能解决阶梯电流法的多电源供电问题。在COMSOL中利用2G高温超导带材建立储能磁体初始模型;在MATLAB中调用已建立完成的模型,与自适应粒子群优化算法(ARPSO)相结合,以用线量为目标,储能量及临界电流为约束,寻找每组的最佳平均半径;在COMSOL中建立优化后模型,进一步做电磁分析。分别对1、3、5阶梯型的分层储能磁体进行仿真。仿真结果表明:采用此方法得出的优化后模型,在通入相同电流的情况下,径向磁场减小约21%;在储能量为10 MJ的前提下,用线量减小约48%,应力及漏磁场亦满足要求,验证了此方法的有效性。     

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。     

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。     

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.     

一种新的超导储能磁体结构优化方法北大核心CSCD

高温超导线材的各向异性一直影响其在工程中的使用性能,临界电流主要受磁体最大垂直磁场(垂直于带材表面)决定,最大应力通常出现在最大轴向磁场(平行于带材表面)处.文章针对单螺线管超导储能磁体,从增大临界电流和减小机械应力两方面出发,提出一种新的超导储能磁体结构优化方法.利用MATLAB从不同径高比(平均半径/高)着手,计算带材总长度为2000m的多组磁体结构参数,建立了单螺线管超导磁体的有限元模型,结合COMSOL仿真软件获得多组结构参数的应力、磁场分布以及磁场最大值,将承受最大应力区域的磁体转移至磁体两端中部区域.对参与转移的磁体参数进行计算,分析对比不同转移参数对磁体应力和临界电流的影响.仿真结果表明,对比常规磁体,优化后的磁体能有效减小最大垂直磁场从而增大临界电流,减小最大轴向磁场从而减小最大应力,对超导储能磁体的优化具有重要意义.     

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。     

1MJ高温超导储能磁体的设计方案研究

微型超导储能系统(SMES)可用于改善电能质量和电力系统的动态稳定性,但在应用中需满足漏磁场的要求,本文主要以储能量为1MJ的超导储能磁体为例,结合多种有源屏蔽型超导储能磁体的结构特点,主要包括轴线平行、组合式环型,研究了有源屏蔽微型超导储能磁体的方案.对以上这两种类型的超导储能磁体进行了优化设计,并对优化结果进行了比较分析.     

1MJ高温超导储能磁体的设计方案研究

微型超导储能系统（SMES）可用于改善电能质量和电力系统的动态稳定性，但在应用中需满足漏磁场的要求，本文主要以储能量为1MJ的超导储能磁体为例，结合多种有源屏蔽型超导储能磁体的结构特点，主要包括轴线平行、组合式环型，研究了有源屏蔽微型超导储能磁体的方案．对以上这两种类型的超导储能磁体进行了优化设计，并对优化结果进行了比较分析．     

1MJ高温超导储能磁体的设计方案研究

微型超导储能系统(SMES)可用于改善电能质量和电力系统的动态稳定性,但在应用中需满足漏磁场的要求,本文主要以储能量为1MJ的超导储能磁体为例,结合多种有源屏蔽型超导储能磁体的结构特点,主要包括轴线平行、组合式环型,研究了有源屏蔽微型超导储能磁体的方案.对以上这两种类型的超导储能磁体进行了优化设计,并对优化结果进行了比较分析.     

基于阶梯填充系数法的单螺管储能磁体优化设计

高温超导带材的出现,使超导储能磁体能以更高的性价比应用于工程中,然而YBCO的各向异性使带材整体的利用率较低,储能潜力没很好开发出来。本文通过ANSYS maxwell建立磁体有限元模型,结合YBCO带材的临界电流特性以及磁体上坏点的位置分布规律,提出一种新磁体结构即阶梯填充系数结构。与初始储能磁体相比,优化后双阶梯填充系数磁体最大径向磁场值降低14.08%,储能提高24.88%;三阶梯填充系数磁体最大径向磁场值降低44.52%,储能提高67.17%。在此基础上进行了磁体机械稳定性检验,结果表明,机械稳定度约达80%,可稳定运行。     

基于遗传算法的紧凑型高温超导托卡马克磁体优化

基于遗传算法和二维轴对称磁场有限元模型对高温超导托卡马克装置磁体进行了优化设计。以超导带材使用量最少为优化的目标函数,在给定的背景场设计指标和高温超导带材在50K、不同背景场的临界电流数据下,对磁体物理参数以及运行电流进行优化,得到了托卡马克高温超导磁体在50K温区下的设计方案。     

考虑磁场径向分量的高温超导储能磁体几何结构优化配置

高温超导储能磁体磁场的径向分量使得带材利用率不高且磁体储能密度低.针对此问题,本文提出了一种获得高温超导储能磁体最优几何结构配置的方法.首先利用MATLAB对YBCO高温超导储能单螺管磁体的结构进行优化获得初步模型,随后对双饼线圈进行分组,利用电磁场有限元分析软件对内外三阶梯和内外八阶梯结构磁体的磁场径向分量、储能大小进行了分析,研究了相邻双饼线圈不同厚度间距对磁体带材利用率和磁体储能密度的影响.由仿真计算结果可知,内外多阶梯结构磁体均能够提升磁体的性能,其本质是减小磁场径向分量.通过对计算结果比较分析最后获得了储能磁体几何结构的最优配置.     

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。     

高温超导储能磁体多物理场解耦设计

针对在高温超导储能磁体设计中多物理场耦合分析问题,本文提出了一种面向有限元分析的解耦优化设计方法,并以一台150kJ/100kW高温超导磁储能磁体为例进行了有限元仿真验证。本文首先梳理了高温超导储能磁体的多场耦合关系,提出在材料物性关系和多场耦合关系中分别以温度和电磁场为主导因素;进而归纳得出,磁体易失超危险区分布及解耦分析中多物理场数据流向设计,是设计过程中的关键问题,并给出了分析策略;最后按照逻辑合理、工作量最省的原则提出了解耦综合优化主流程,及针对易失超危险区的优化建议。