高温超导储能磁体几何结构设计与优化

发布时间：2020-06-21 03:27

【摘要】：随着现代信息科技技术的飞速发展,各类负载日益增加,电源的容量和质量问题变得越发重要,电压骤降和短时停电可能会导致重大损失,所以对储能装置的要求越来越高。SMES(超导磁储能系统)两者交换是解决这个问题的优秀解决方案之一。与传统技术相比,SMES具有转换效率可达95%、毫秒级的响应速度、不使用有毒物质对环境污染小、大功率和大能量系统、寿命长及维护简单等优点。SMES设计的核心就是储能磁体的优化设计,但由于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,从而使其储能受到影响。为使磁体储能能够得到进一步提高,本文研究尝试通过对其结构加以优化以及采用混合带材的方法,希望通过改变磁体的磁场分布以达到提高储能的目的。为实现这一过程,我们主要通过有限元分析软件对磁体建模仿真,在磁体体积不变的前提下,首先以单螺线管型磁体为前提,研究不同径高比对用不同带材绕制的磁体储能的影响,获取储能最高时的最佳径高比,并通过电流迭代的方法获取最大临界电流提高储能量。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,然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并结合电流迭代的手段,磁体的储能效率明显提高约61%,此外本文还对三阶梯磁体进行了一定的仿真分析展望。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM26
【图文】：

磁体,螺线管磁体,环形管线,电力系统

科技技术的飞速发展，计算机和计算机控制机器等敏感负载日益增加，电题变得越来越重要，电压骤降和短时停电可能会导致许多情况下巨大的损置的要求越来越高[7]。SMES 是解决这个问题的优秀解决方案之一。与传统系统具有高效率的电力储存以及多次电能输入输出能力，特别是在近年来力发展，SMES 系统为电力系统的稳定和质量改善做出了巨大贡献[8]。SMES 的主要组成部分有超导磁体、低温系统、磁体保护系统、功率调节，图 1.1 是 SMES 装置的结构示意图。美国的 LosAlamos National Laborato型，后来的 SMES 装置的设计一般都是以此结构作为参考模型。图中右侧MES 的必须部分，只是为了 SMES 与电力系统连接时可以快捷地选择合适磁体是 SMES 设计中的重要组成部分，一般可以分为螺线管形磁体和环形管线圈还可以分为单螺线管磁体、组合型螺线管磁体和并行型螺线管磁体能效率高的优点，但是缺点就是杂散磁场比较大。环形线圈的优点是周围但是结构比较复杂、储能量不高的缺点也不容忽视[9]。

特性曲线,YBCO超导带材,临界电流,超导带材

图 2.1 磁体的三个临界参数的关系图的结晶结构具有方向性，所以有的超导材料本身就有各性的电磁特性。高温超导带材是具有显著各向异性的超大的差别[36-39]。材 BSCCO 相比，第二代高温超导带材 YBCO 具有更高现与 BSCCO 的有所不同，两种带材的具体临界电流与.2 所示：

【参考文献】