多螺管复合结构超导储能磁体的漏磁场研究

发布时间：2020-09-07 11:45

　　 随着电力系统的不断发展,SMES(Superconducting Magnetic Energy Storage,超导磁储能系统)也逐渐步入人们的生产生活中。将SMES接入电力系统中,可以提高电力系统的稳定性、改善电能质量、提供系统备用容量、进行分散电源系统能量管理,相比于其他储能方式,还具有储能效率高、技术较简单、无机械转动损耗、响应速度快等优点。超导储能磁体作为SMES中的核心部件,起着接收、储存、快速分配电磁能的作用,因此越来越多的研究人员对其进行深入研究。当SMES储能量较大时,超导储能磁体在运行过程中会产生很强的漏磁场,这直接影响到周围敏感电子设备和工作人员的工作环境,对电子设备造成电磁干扰甚至损坏,对周围工作人员的安全造成威胁。因此,降低SMES运行中在周围产生的漏磁场十分重要。本文首先阐明了研究降低SMES运行中产生漏磁场的背景和意义,对SMES的工作原理及其组成部分做简要介绍,总结了SMES的发展及国内外研究现状。其次介绍了分析漏磁场所需的电磁场理论基础和有限元分析方法,介绍了对超导储能磁体进行建模仿真的有限元分析软件COMSOL Multiphysics,介绍了遗传算法和序列二次规划算法的相关知识以及结合两种算法的优点组合成的遗传序列二次规划法。再次介绍了超导材料的分类及选取,以经济性为目标,基于遗传序列二次规划法对单螺管型超导储能磁体的参数进行优化计算,并用COMSOL对其进行建模仿真分析,提取出距离磁体中心2m处的最大磁场强度。最后分析了超导储能磁体漏磁场的屏蔽原理,基于改变磁体结构来降低漏磁场的方法,设计了五种多螺管复合型结构超导储能磁体作为改进方案,并分别计算电感值,以经济性为目标,基于遗传序列二次规划法对磁体参数分别进行优化,利用COMSOL对五种改进方案的磁体进行建模仿真分析,提取出需对比分析的仿真数据。先分别从漏磁场大小、漏磁场分布以及经济性进行对比分析,再综合分析得出结论。结果表明,五种改进方案都可在一定程度上降低漏磁场,其中以方案五屏蔽效果最好,方案二有一定的屏蔽效果并且强漏磁分布在磁体上下两端的同时消耗的超导带材最少。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM26
【部分图文】：

磁体产生的强磁场采取相应的屏蔽和场会对周围环境产生不利的影响，会部分将电能以电磁能的形式储存起来，需储存的能量E 可由下式求得：2SMES SMES SMES12E L I的电感值；SMESI 为超导储能磁体的工S 系统的核心元件，由于其工作在直流用直流电流。最早的 SMES 结构是由那以后对 SMES 设备的设计研究都以了使SMES与电力系统处于适当的电压

0qJt 00 mε (1 )μ (1 )D EB HJ E 一般取值为 ε0=8.854×1的计算公式为：ex scB B Bsc为内部感应磁场(T)。图 2.2 所示。

多螺管复合结构超导储能磁体的漏磁场研究扩展建模功能，用来分析电磁学、结构力学、声学、流体流动、传热的实际工程问题。在软件平台中，附加模块与 LiveLink 产品可以自由哪一领域的建模工作，都遵循统一的建模工作流程。SOL 以有限元分析法为基础，要对真实物理现象进行仿真，可通过偏微分方程组来实现。如今，被科学家称为“第一款真正的任意多物软件”。COMSOL 用解数学问题的方法来求解真实物理现象，以高效的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。目前已经、化学反应、弥散、电磁学等领域得到了广泛的应用[44-46]。SOL 软件 5.4 版本的三维(3D)应用模式主界面截图如图 2.3 所示。

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本文编号：2813296