35kV三相超导电缆的数学建模及运行特性分析
发布时间：2020-05-13 10:24
【摘要】：随着经济社会的发展,大城市用电量日益增加,而紧缺的空间资源限制了在城市中心增设常规电缆。超导电缆以其体积小、传输功率大、电磁污染小的优点成为大城市供电的解决方案之一。考虑到常规的三相独立超导电缆体积较大,适合于输电线路,在城市配网中超导电缆的铺设最好能使用传统的地下电缆通道,无需为超导电缆重新规划位置。因此三相一体超导电缆和三相同轴超导电缆以其体积小的优点能满足以上要求。本文主要着眼于城市负荷中心超导输电线路参数建模以及运行特性,研究了三相一体和三相同轴超导电缆两种不同结构的超导电缆。根据两种超导电缆的结构特点,基于支路参数等效法,分别建立三相一体和三相同轴超导电缆的等效理论分析数学模型,获得电缆电压与电流之间的变化规律。针对三相一体超导电缆存在层电流分布不均的问题,提出了条件筛选算法,基于该算法在MATLAB中编制了计算程序对三相一体超导电缆进行优化,实现每相超导电缆导电层的均流运行,并探究了屏蔽层电阻、相与相之间距离对屏蔽层电流的影响;而对于三相同轴超导电缆存在的三相不平衡问题,分析了实现三相平衡的条件,并设计了一种新型结构来满足三相平衡。对三相一体和三相同轴两种结构超导电缆进行了交流损耗和温度运行特性研究。基于COMSOL Multiphysics软件,根据超导电缆的结构特点和超导材料的特性对超导电缆进行仿真建模,计算得到超导电缆的交流损耗值,并将此交流损耗值作为热载荷,进行了超导电缆的温度场仿真,最终得出两种结构超导电缆在稳态运行过程中的温升情况。最后,手工绕制了 40cm长的三相一体超导电缆,就其中一相进行了运行性能测试。开展了临界电流、载流特性、交流损耗(电测法)的实验研究。实验结果显示内外层电流均流效果较好,从而验证了优化程序的有效性;将交流损耗的测量结果与仿真结果进行比对,验证了二维仿真模型的正确性。
【图文】：
逑第一部分（曲线中的Ｉ段）描述发生超导转变之前超导体的电阻（Ｒ）随温度逡逑（Ｔ）变化的规律。图１－１中，超导体在这个区段的电阻是随着温度的降低而减小逡逑的，符合金属超导体和大多数超导材料的特征。人们习惯上把超导体的这个区段称逡逑为正常区，这个区段的电阻特性被称为正常区（态）的电阻特性。逡逑第二部分（曲线中的ＩＩ段）反映超导体在发生超导转变过程中电阻的变化情况。逡逑这个区段称为超导转变区，在这个区段超导体的电阻突然减小并且最后达到零。对逡逑应于超导体电阻减小到零的温度被称为该材料的超导临界转变温度，用心来表示。逡逑乃的高与低是由超导体能带结构及其载流子的浓度决定的，而能带结构又主要是逡逑由其晶体结构及其组成的原（离）子的性质决定的。逡逑第三部分（曲线中的ＩＩＩ段）反映的是超导体在进入超导态后超导体的电阻变化逡逑情况。根据图可看出，当超导体进行超导态后，超导体的电阻将为零，，并且不再随逡逑温度的变化而发生变化。逡逑Ｒ逡逑＜邋ｍ邋＾邋）逡逑Ｔｃ逦Ｔ逡逑图１－１超导体电阻随温度变化的特征曲线逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ邋ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｗｉｔｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ逡逑（２）迈斯纳效应逡逑在开始阶段，人们一直以为零电阻特性是超导体的唯一特性，但后来，人们又逡逑发现了超导体的另外一个特性
逑第一部分（曲线中的Ｉ段）描述发生超导转变之前超导体的电阻（Ｒ）随温度逡逑（Ｔ）变化的规律。图１－１中，超导体在这个区段的电阻是随着温度的降低而减小逡逑的，符合金属超导体和大多数超导材料的特征。人们习惯上把超导体的这个区段称逡逑为正常区，这个区段的电阻特性被称为正常区（态）的电阻特性。逡逑第二部分（曲线中的ＩＩ段）反映超导体在发生超导转变过程中电阻的变化情况。逡逑这个区段称为超导转变区，在这个区段超导体的电阻突然减小并且最后达到零。对逡逑应于超导体电阻减小到零的温度被称为该材料的超导临界转变温度，用心来表示。逡逑乃的高与低是由超导体能带结构及其载流子的浓度决定的，而能带结构又主要是逡逑由其晶体结构及其组成的原（离）子的性质决定的。逡逑第三部分（曲线中的ＩＩＩ段）反映的是超导体在进入超导态后超导体的电阻变化逡逑情况。根据图可看出，当超导体进行超导态后，超导体的电阻将为零，并且不再随逡逑温度的变化而发生变化。逡逑Ｒ逡逑＜邋ｍ邋＾邋）逡逑Ｔｃ逦Ｔ逡逑图１－１超导体电阻随温度变化的特征曲线逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ邋ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｗｉｔｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ逡逑（２）迈斯纳效应逡逑在开始阶段，人们一直以为零电阻特性是超导体的唯一特性，但后来，人们又逡逑发现了超导体的另外一个特性
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM249.7
【图文】：
逑第一部分（曲线中的Ｉ段）描述发生超导转变之前超导体的电阻（Ｒ）随温度逡逑（Ｔ）变化的规律。图１－１中，超导体在这个区段的电阻是随着温度的降低而减小逡逑的，符合金属超导体和大多数超导材料的特征。人们习惯上把超导体的这个区段称逡逑为正常区，这个区段的电阻特性被称为正常区（态）的电阻特性。逡逑第二部分（曲线中的ＩＩ段）反映超导体在发生超导转变过程中电阻的变化情况。逡逑这个区段称为超导转变区，在这个区段超导体的电阻突然减小并且最后达到零。对逡逑应于超导体电阻减小到零的温度被称为该材料的超导临界转变温度，用心来表示。逡逑乃的高与低是由超导体能带结构及其载流子的浓度决定的，而能带结构又主要是逡逑由其晶体结构及其组成的原（离）子的性质决定的。逡逑第三部分（曲线中的ＩＩＩ段）反映的是超导体在进入超导态后超导体的电阻变化逡逑情况。根据图可看出，当超导体进行超导态后，超导体的电阻将为零，，并且不再随逡逑温度的变化而发生变化。逡逑Ｒ逡逑＜邋ｍ邋＾邋）逡逑Ｔｃ逦Ｔ逡逑图１－１超导体电阻随温度变化的特征曲线逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ邋ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｗｉｔｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ逡逑（２）迈斯纳效应逡逑在开始阶段，人们一直以为零电阻特性是超导体的唯一特性，但后来，人们又逡逑发现了超导体的另外一个特性
逑第一部分（曲线中的Ｉ段）描述发生超导转变之前超导体的电阻（Ｒ）随温度逡逑（Ｔ）变化的规律。图１－１中，超导体在这个区段的电阻是随着温度的降低而减小逡逑的，符合金属超导体和大多数超导材料的特征。人们习惯上把超导体的这个区段称逡逑为正常区，这个区段的电阻特性被称为正常区（态）的电阻特性。逡逑第二部分（曲线中的ＩＩ段）反映超导体在发生超导转变过程中电阻的变化情况。逡逑这个区段称为超导转变区，在这个区段超导体的电阻突然减小并且最后达到零。对逡逑应于超导体电阻减小到零的温度被称为该材料的超导临界转变温度，用心来表示。逡逑乃的高与低是由超导体能带结构及其载流子的浓度决定的，而能带结构又主要是逡逑由其晶体结构及其组成的原（离）子的性质决定的。逡逑第三部分（曲线中的ＩＩＩ段）反映的是超导体在进入超导态后超导体的电阻变化逡逑情况。根据图可看出，当超导体进行超导态后，超导体的电阻将为零，并且不再随逡逑温度的变化而发生变化。逡逑Ｒ逡逑＜邋ｍ邋＾邋）逡逑Ｔｃ逦Ｔ逡逑图１－１超导体电阻随温度变化的特征曲线逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ邋ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｗｉｔｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ逡逑（２）迈斯纳效应逡逑在开始阶段，人们一直以为零电阻特性是超导体的唯一特性，但后来，人们又逡逑发现了超导体的另外一个特性
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM249.7
【参考文献】
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本文编号：2661810
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