多螺管线圈型超导储能磁体漏磁场的研究

发布时间：2017-09-12 11:07

  本文关键词：多螺管线圈型超导储能磁体漏磁场的研究

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【摘要】：近年来,超导技术在人们生产生活中得到普及,越来越多的科研机构和研究人员参与到SMES(Superconducting Magnetic Energy Storage,超导磁储能系统)的研究中去。SMES的应用前景十分广泛:在供电系统中它能提高电力系统稳定性;在分布式电网中它能存储电能并改善电力输出特性。此外,在使用脉冲功率电源的设备中它能用作储能部件。随着超导储能装置储能量的不断增加,其电磁辐射的问题随之变得严重。传统的SMES的储能线圈漏磁场问题较为严重,限制了其在工程中的应用。由此可见,对其储能线圈的漏磁屏蔽研究是必要的。本文首先介绍了高温超导磁体电磁场分析的原理,对所选超导带材作了简略介绍,介绍了粒子群算法的相关知识,介绍了有限元分析软件ANSYS。其次,以1MJ级SMES为例,详细分析了单螺管型超导磁体的结构,分析了磁体结构参数与磁体电感及储能能力之间的关系并构建了它的数学模型。分析了SMES主动屏蔽原理,基于该原理设计出三种组合螺管型超导磁体作为漏磁场屏蔽方案,分别讨论了三种磁体的结构参数与其储能能力之间的关系并构建了三种磁体的数学模型。再次,通过对几种磁体数学模型的分析分别建立了它们储能值及电感参数的计算模型。以此为基础,基于粒子群算法,在一定的限定条件下,借助MATLAB软件分别对几种磁体的结构参数进行优化计算,利用优化计算所得的结果进行ANSYS建模仿真,分别提取几种磁体的仿真数据。最后,对所有仿真数据进行汇总分析。将三种改进方案超导磁体与单螺管型超导磁体进行对比并将三种方案磁体进行横向对比,分别从限流电流大小、漏磁屏蔽效果以及超导带材耗费量大小等方面进行总结。结果表明,所提出的三种方案在漏磁屏蔽方面都取得了一定成效,方案三取得了最佳的漏磁屏蔽效果,方案一耗费的超导材料最少。
【关键词】：超导磁储能系统 漏磁场 ANSYS 多螺管型线圈 主动屏蔽
【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;TK02
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景和意义8
• 1.2 超导磁储能系统简介8-10
• 1.3 超导磁储能系统国内外发展简介10-11
• 1.4 超导磁储能系统漏磁场危害简述11-12
• 1.5 超导储能磁体漏磁屏蔽研究现状12
• 1.6 论文的主要研究内容12-14
• 2 超导储能磁体分析方法概述14-21
• 2.1 电磁场理论基础14-16
• 2.2 有限元分析法及ANSYS简介16-18
• 2.2.1 有限元法简介16-17
• 2.2.2 ANSYS简介17-18
• 2.3 粒子群算法及MATLAB软件简介18-19
• 2.3.1 粒子群算法简介18-19
• 2.3.2 MATLAB简介19
• 2.4 超导储能磁体的设计概述19-20
• 2.5 小结20-21
• 3 单螺管型超导储能磁体21-27
• 3.1 单螺管型超导磁体数学模型分析21-22
• 3.2 高温超导磁体带材的选用22-23
• 3.3 单螺管型超导磁体参数设计23-24
• 3.4 单螺管型超导磁体磁场仿真24-26
• 3.5 小结26-27
• 4 超导储能磁体改进方案的设计27-43
• 4.1 超导磁储能系统漏磁屏蔽原理27-28
• 4.2 几种特殊位置线圈互感的计算方法28-31
• 4.2.1 相同线圈同轴串列放置时互感值的计算方法28-29
• 4.2.2 相同线圈轴线平行共面放置时互感值的计算方法29
• 4.2.3 相同线圈轴线平行不共面放置时互感值的计算方法29-31
• 4.3 改进型方案一的设计31-34
• 4.3.1 方案一设计思路概括31
• 4.3.2 方案一磁体结构参数计算31-32
• 4.3.3 方案一磁体磁场仿真32-34
• 4.4 改进型方案二的设计34-38
• 4.4.1 方案二设计思路概括34-35
• 4.4.2 方案二磁体结构参数计算35-36
• 4.4.3 方案二磁体磁场仿真36-38
• 4.5 改进型方案三的设计38-42
• 4.5.1 方案三设计思路概括38
• 4.5.2 方案三磁体结构参数计算38-40
• 4.5.3 方案三磁体磁场仿真40-42
• 4.6 小结42-43
• 5 超导储能磁体仿真结果分析43-46
• 5.1 超导带材加载电流分析43
• 5.2 改进方案的漏磁屏蔽效果分析43-44
• 5.3 超导材料用量分析44-45
• 5.4 小结45-46
• 结论46-47
• 致谢47-48
• 参考文献48-50
• 攻读学位期间的研究成果50

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本文编号：836845