多螺管线圈型超导储能磁体漏磁场的研究

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1、硕士学位论文多螺管线圈型超导储能磁体漏磁场的研究StudyontheLeakageFieldbyMulti-coilTypeSuperconductingMagnet作者姓名：魏蔚学科、专业：电工理论与新技术学号：0212414指导教师：罗映红教授完成日期：2015年4月18日兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity兰州交通大学硕士学位论文摘要近年来，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(SuperconductingMagneticEnergyStorage,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

2、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

3、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

4、，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；主动屏蔽论文类型：应用基础研究-I-多螺管线圈型超导储能磁体漏磁场的研究AbstractInrecentyears,thesuperconductingtechnologyispopularinpeople'sproductionandlife.Anincreasingnumberofresearchersandinstitutionsparticipateinstudyofthesuperconductingmagne

5、ticenergystorage(SMES)system.TheapplicationprospectofSMESisveryextensive.SMEScanenhancethestabilityofpowersystemwhenitisusedinpowersupplysystem.Italsocanimprovethepoweroutputcharacteristicswhenitisusedindecentralizedpowersystems;Furthermore,itcanbeusedastheenergystoragecomponentinsomepulsed-pow

6、erdevices.WiththeincreasingnumberofSMES,itselectromagneticradiationproblembecomesmoreandmoreserious.TheleakagemagneticfieldoftraditionalSMESismoreserious,whichlimitedtheapplicationinengineering.SoitisnecessarytoresearchtheshieldingofleakagemagneticfieldsinSMES.Firstly,theprincipleofhigh-tempera

7、tureSMESmagnet’selectromagneticfieldisintroduced.Thesuperconductingtapes,theparticleswarmoptimizationandthefiniteelementanalysissoftwareANSYSarealsointroduced.Secondly,bytakingthe1MJSMESasanexample,thestructureofthesinglesolenoidt