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单螺管型高温超导储能磁体的漏磁场分析与同轴式主动屏蔽研究

发布时间:2018-05-17 20:53

  本文选题:高温超导储能磁体 + 漏磁场 ; 参考:《兰州交通大学》2015年硕士论文


【摘要】:随着当今电力系统的不断发展,电网逐渐走向多元化与复杂化,用户不断增多,电力系统的稳定性不容忽视。将超导磁储能系统接入电力系统中,能够从根本上改变电力系统的致稳方式、调整供电格局、有机地调度和分配电能,从而提高电能的利用率,减少电能损耗。超导储能磁体是超导磁储能系统中的重要组成部分,承担着接收、储存和快速分配电磁能量的工作。超导磁体的储能量根据使用要求不断增大,与此同时,磁体运行过程中产生的漏磁场也在不断增大。过大的漏磁场会对磁体周围的仪器设备和生物造成影响,轻则影响设备正常运行和工作人员的身体健康,重则对设备造成损坏,对人员的生命安全造成威胁。所以,对一定储能量以上的超导储能磁体的漏磁场进行屏蔽十分必要。本文首先对超导磁储能系统以及超导储能磁体的发展历程做了简要的介绍,对二者的优势与目前的研究现状进行了分析和说明。其次,详细地阐述了超导储能磁体磁场的计算方法,对比了使用解析法和数值法计算磁场的优缺点,确定了使用有限元法计算磁体周围漏磁场的可行性和准确性,阐述了使用有限元分析软件ANSYS对磁体进行建模并计算漏磁场的过程和步骤。再次,利用ANSYS建立了储能量为2.5MJ的单螺管型超导储能磁体模型并进行了仿真分析,对单螺管型储能磁体进行了同轴式主动屏蔽的研究。设计了6种不同结构参数的单圈嵌套式屏蔽,对其自感、互感系数以及电流密度进行了计算。在此基础上,以节省超导带材为目的,又设计了3种不同参数的双圈分裂式嵌套屏蔽结构。对这些不同的屏蔽方案进行了ANSYS仿真研究,绘制出各方案磁体周围的磁力线和磁感应强度分布图。最后,分析和对比了所有屏蔽方案的屏蔽效果,包括屏蔽后磁体径向2m处的磁感应强度和屏蔽磁体的超导带材用量。给出了针对不同环境和不同屏蔽要求的情况下屏蔽方案的选择。
[Abstract]:With the development of power system, the power network is becoming more and more complex, and the number of users is increasing, so the stability of power system can not be ignored. If the superconducting magnetic energy storage system is integrated into the power system, it can fundamentally change the stability mode of the power system, adjust the power supply pattern, dispatch and distribute the electric energy organically, so as to improve the utilization rate of the electric energy and reduce the loss of the electric energy. Superconducting energy storage magnet is an important part of superconducting magnetic energy storage system, which is responsible for receiving, storing and distributing electromagnetic energy rapidly. The energy storage of superconducting magnets is increasing according to the requirements of application. At the same time, the leakage magnetic field produced during the operation of the magnets is also increasing. Excessive magnetic leakage will have an impact on the equipment and organisms around the magnet, light will affect the normal operation of the equipment and the health of the staff, heavy will cause damage to the equipment, and pose a threat to the life and safety of the personnel. Therefore, it is necessary to shield the leakage magnetic field of superconducting energy storage magnets. In this paper, the development of superconducting magnetic energy storage system and superconducting energy storage magnets are briefly introduced, and their advantages and current research status are analyzed and explained. Secondly, the calculation method of magnetic field of superconducting energy storage magnet is described in detail. The advantages and disadvantages of using analytical method and numerical method are compared, and the feasibility and accuracy of using finite element method to calculate leakage magnetic field around magnet are determined. This paper describes the process and steps of modeling and calculating magnetic flux leakage by using finite element analysis software ANSYS. Thirdly, the model of single-screw superconducting energy storage magnets with 2.5MJ energy storage is established and simulated by ANSYS. The coaxial active shielding of single-screw tube type energy storage magnets is studied. Six kinds of single loop nested shielding with different structure parameters are designed, and their self-inductance, mutual inductance coefficient and current density are calculated. In order to save superconducting tapes, three kinds of double loop split nested shielding structures with different parameters are designed. The ANSYS simulation of these different shielding schemes is carried out, and the magnetic force lines and magnetic induction intensity distributions around the magnets of each scheme are drawn. Finally, the shielding effects of all the shielding schemes are analyzed and compared, including the magnetic induction intensity at 2 m radius of the shielded magnet and the amount of superconducting tape shielded from the magnet. The selection of shielding schemes for different environments and different shielding requirements is given.
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM26

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本文编号:1902827

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