高温超导交流电缆电流分布及结构优化的研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第38卷第4期西安交通大学学报Vo1．38№42004年4月JOURNALOFXIANJIAOTONGUNIVERSITYApr．2004高温超导交流电缆电流分布及结构优化的研究赵臻，邱捷，王曙鸿，宫瑞磊(西安交通大学电气工程学院，710049，西安)摘要：针对高温超导电缆各导电层电流分配不均将导致交流损耗增大的问题，计算了导电层自感和层问互感，然后依据超导电缆的等效电路模型，给出了求解各层电流的电路矩阵方程．以各导电层的绕向角、绕制方向和层半径为优化变量，以各层电流均衡分布建立目标函数，考虑带材的机械性能、临界电流等约束条件，采用遗

2、传一模拟退火优化方法，对电缆导电层进行结构参数优化．计算结果表明，通过优化调整电缆导电层的结构参数，各层电流可以达到均衡分布，交流损耗显著降低．关键词：高温超导电缆；电流分布；遗传算法；优化中图分类号：TM249．7文献标识码：A文章编号：0253—987X(2004)04—0352—05StudyontheCurrentDistributionandStructuralOptimizationofaHigh-TemperatureSuperconductingACPowerCableZhaoZhen，QiuJie，WangShuhong，GongRuilei(SchoolofEl

3、ectricalEngineering，XianJiaotongUniversity，Xian710049，China)Abstract：Forahigh-temperaturesuperconducting(HTS)cable，thenon—uniformACcurrentdistributionamongthemulti—layerconductorsgivesrisetOtheincreasedAClosses．Theself-andmutual—inductancesarecalculatedforthemulti—layerconductors．Then，basedont

4、heequivalentcircuitmodelofasupercon—ductingcable。thecurrentmatrixequationiSconstructedtodeterminethecurrentdistribution．Subse—quently，thewindingangle，windingdirectionandradiusofeachlayerareselectedastheoptimizationvari—ablesandauniforrncurrentdistributionamongthemulti—layerconductorsissetasthe

5、objective．Undertheconstraintsofthemechanicalpropertiesandcriticalcurrentofthetape，thestructureparametersofthemulti—layerconductorsareoptimizedbythegenetic-simulatedannealingalgorithm．Theresultsmanifestthatbyoptimizationofthestructureparametersauniformcurrentdistributionamonglayerscanbereal—ize

6、d，thustheAClossescanbereducedsubstantially．Keywords~high-temperaturesuperconductingcable；currentdistribution；geneticalgorithm；optimization随着高温超导材料的发展和超导技术的产业超导电缆的交流损耗偏大，进而影响电缆安全、稳定化，高温超导电气设备的研究愈来愈受到重视．作为地运行．超导应用中最有希望突破的领域之一，许多国家在在满足集总参数条件下，超导电缆导电部分的高温超导电缆的研制上都投入了大量的人力物力．等效电路如图1所示．通常导电层单位长度感抗比高

7、温超导电缆导电部分通常是多层结构，各导电层电阻大约两个数量级[4]，于是感抗就支配着电流在由一定数量的超导带材以某一螺距并绕而成．大量每一导电层的分配．各导电层的感抗取决于各层的研究表明，给电缆通以交变电流时，各导电层的电流半径、带材的螺距、绕向等结构参数，因此调节这些分配不均衡，外层电流量大于内层电流量口叫]，于是参数改变各层的感抗值，使各层流过的电流趋于一外层流过电流先于内层达到了临界电流值．这使得致，就成为解决这一问题的关键所在．收稿日期：2003—08—23．