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.     

高温超导储能磁体双圈分裂式嵌套屏蔽研究

随着高温超导储能磁体储能量的进一步增大,对高储能量磁体周围漏磁场的屏蔽愈加重要.增强屏蔽效果与减少屏蔽成本成为磁体屏蔽的两个重要目的.本文利用有限元仿真软件ANSYS对高温超导磁体周围的漏磁场分布进行分析,并对其进行双圈分裂式嵌套屏蔽.以屏蔽效果和超导带材用量为优化目标,对屏蔽磁体的几何参数进行计算和优化,并对不同屏蔽方案进行对比分析.     

Y系超导螺管储能磁体的优化设计

磁体结构的好坏将直接关系到磁体的制造成本以及磁体能否正常运行．在磁体结构的优化设计中，选定磁体的体积为目标函数，在满足磁体储能，符合超导材料的B～J特性，尽量减小漏磁等条件下，使目标函数达到最小．文章选定新一带超导涂层导体Ⅵ瑚为SMES线圈的制造材料，分析了Y系带材的材料特性，并采用大型有限元仿真软件ANSYS和磁体优化中常用的算法-模拟退火算法（simulated annealing）对SMES线圈进行优化仿真分析．得出最优的磁体结构．     

基于近似解析法的超导储能磁体设计

降低超导储能磁体的研制成本一直是控制超导磁储能系统(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES) 总成本的重要手段之一. 本文考虑在一定磁体结构参数范围内, 磁体产生的最大磁场值可以采用级数进行 表示, 磁体的电感值可以采用线性函数表示, 给出了超导储能磁体磁场能量的近似解析表达式, 提出了一种基于近 似解析法的超导储能磁体设计方法. 该方法以储能磁体的线材用量最小作为设计目标, 在给定超导线材参数和临界电流特性曲线, 以及磁体储能总量要求的情况下, 依据此方法可快速的得到成本最优时所对应的磁体结构参数.将近似解析法优化和采用传统的有限元软件 Ansys 仿真优化进行对比分析, 结果表明采用近似解析法进行磁体优化更加方便快捷, 节省了大量计算时间.     

微型SMES用超导储能磁体试验研究

超导储能磁体是超导储能系统(SMES)的关键部件,因此有必要在SMES系统运行前对超导储能磁体进行系统试验研究.本文以第二代高温超导(YBCO)线材设计制作的超导储能磁体为试验对象,通过降温试验、临界电流测试、储能量测试和对地绝缘测试等试验测试并分析了超导储能磁体的电气和低温绝缘性能.试验结果表明:超导储能磁体基本性能...     

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.     

1.5MJ级超导储能磁体漏磁屏蔽方案的研究

超导储能系统(SMES)是解决电能质量和储能问题的有效途径,但漏磁问题会限制它的使用。,文中提出了同轴串列式四螺管型超导储能磁体结构,以解决单螺管型超导储能磁体漏磁大的问题,并在磁体储能值为1.5MJ级别的前提下,通过仿真手段对两种磁体的漏磁场进行了分析和对比,得出有意义的结论。     

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.     

超导储能系统的失超检测

超导磁体的失超检测与保护是超导电力技术实用化的一个重要课题。文中针对超导储能系统的特点,设计了一套用于超导储能(SMES)磁体的失超检测系统。该系统采用有源功率检测方法,通过对超导磁体上产生的失超信号进行隔离、放大、滤波以及比较等,实现失超信号的检测。实验结果表明,该失超检测系统能够及时准确的检测到失超信号,为超导储能系统的失超保护提供了可靠的前提条件。     

同轴嵌套四螺管型1MJ超导储能磁体漏磁场研究北大核心

超导储能系统(SMES)强漏磁是影响其安全运行和大量投入使用的关键问题之一。在磁体储能值为1MJ级别的前提下,通过对超导储能磁体参数的计算和有限元分析及仿真的方法,利用两组同轴嵌套型双螺管超导磁体及磁偶极矩的研究方法建立了一个同轴嵌套四螺管型超导储能磁体并对该磁体的漏磁场进行了分析,得出该结构磁体具有极好的降低漏磁的效果。     

NbTi超导磁屏蔽管的研究

对置于磁体中的 NbTi 超导磁屏蔽管进行了实验研究,检测了磁体中超导磁屏蔽管的磁屏蔽能力.结果表明由整块 NbTi 材料做成的超导磁屏蔽管屏蔽能力是不高的,并且其磁屏蔽能力随外磁场升场速度的增大而降低.还测量了超导磁屏蔽管内冻结磁场分布,得到了超导磁屏蔽管冻结磁场分布的一些实验规律,实验结果表明,置于磁体中的超导磁屏蔽管不具备使磁场分布更加均匀的能力,这与某些文献的理论预测不一致.     

螺管型NbTi储能磁体的优化及尺寸效应

储能系统是改善供电质量,保证工作系统可靠运行的重要装置.超导储能(SMES)的核心部件是超导磁体.储能范围1MJ～100MJ的小型或微型SMES近年得到特别的重视.本文讨论了螺管型铌钛SMES磁体的尺寸参量对储能水平和储能密度的影响,给出了小型SMES螺管磁体的尺寸与储能水平的关系曲线,提出了该类磁体在较大储能范围内快速确定设计方案的简便方法.     

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。     

10MJ高温超导环形磁体电磁优化设计

随着超导技术的发展,大容量、高场强的高温超导磁体已成为未来超导磁体的主要发展方向。文中以10MJ高温超导环形磁体为研究对象,以磁体的总用线量为优化目标,采用二代YBCO带材进行了环形磁体的电磁优化设计,利用遗传算法和有限元建模获得了磁体的最小总用线量,分析了在满足磁体储能量的情况下,线圈的内直径和线圈个数对环形磁体临界电流、总用线量的影响。     

一种基于阶梯电流的高温超导储能磁体优化方法

高温超导带材的各向异性特性一直影响着它工程使用中性能的充分发挥,为了提高带材的利用率,本文提出了一种基于阶梯电流的优化方法,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,对双饼线圈进行分组,以两阶梯电流和三阶梯电流为例对磁体进行了优化.分析了各组双饼线圈的磁场分布和临界电流,计算了各部分带材性能的利用率.利用有限元软件分析阶梯电流引起的磁场变化,在充分考虑带材的临界特性和各向异性的前提下优化各组线圈的电流大小.仿真计算表明,和统一电流磁体相比,采用阶梯电流法能够优化磁体磁场构型,提高平均储能密度,最终提高磁体带材的利用率从而提升储能.阶梯电流法同样适用于多螺管磁体,对于超导储能磁体的优化是一种行之有效的方法.     

Y系超导螺管储能磁体的优化设计

磁体结构的好坏将直接关系到磁体的制造成本以及磁体能否正常运行.在磁体结构的优化设计中,选定磁体的体积为目标函数,在满足磁体储能,符合超导材料的B～J特性,尽量减小漏磁等条件下,使目标函数达到最小.文章选定新一带超导涂层导体YBCO为SMES线圈的制造材料,分析了Y系带材的材料特性,并采用大型有限元仿真软件ANSYS和磁体优化中常用的算法-模拟退火算法(simulated annealing)对SMES线圈进行优化仿真分析,得出最优的磁体结构.     

EAST超导托卡马克装置中的大型超导磁体技术

随着大型超导核聚变装置、超导储能装置、超导强磁场装置及高能超导加速器技术参数的不断提高，大型超导磁体的应用也在加速发展中．大型超导磁体的场强较高、储能较大，对导体的结构、磁体结构、绝缘结构、制造工艺等要求与通常小型超导磁体有很大的不同．本文旨在对国家重大科学工程项目“EAST（HT-7U）超导托卡马克核聚变实验装置”的大型超导磁体关键技术作一介绍．     

基于超导储能系统的有源电力滤波器

电力系统中电力电子装置的广泛应用,为电网中注入了一定的谐波及无功电流,从而影响电网的稳定运行.本文提出了一种基于超导储能系统并采用直接功率控制的有源电力滤波器.与传统的有源电力滤波器相比,超导储能系统不但可以滤除谐波,还可以滤除有功功率波动.通过Matlab/Simulink对基于超导储能系统的有源电力滤波器进行仿真验证.