高电流密度超导储能磁体的研制

分析了不同结构超导储能磁体的特点,针对储能量为MJ量级的超导储能磁体计算了漏磁场分布和超导材料的利用率,提出了储能为1 MJ的单螺管型超导储能磁体的设计方案。采用窄液氦通道技术,利用多芯NbTi/Cu复合超导线,研制了储能量为1 MJ的紧凑型超导储能磁体。磁体内径为439 mm,外径为600 mm,高为550 mm。在运行电流为305A时,磁体的最大磁场为4.9 T,中心磁场为4 T。对超导磁体的试验结果表明,磁体的最大运行电流为303 A,放电功率为100 kW。研制的超导储能磁体可作为恒压/恒功率放电的不间断电源的关键部件。     

超导磁储能系统的失超检测及保护综述

超导储能磁体的失超是超导电力设备技术实用化有待深入研究的一个重要问题。笔者综述了超导储能磁体的设备级失超检测及保护方法,并提出了参考性建议。     

经复合树脂浸渍的超导磁体应力应变分析

采用复合树脂浸渍是提高超导储能磁体机械稳定性的有效手段之一,但是固化工艺条件会产生机械热应力,经复合树脂浸渍的超导磁体在预冷过程和通电运行过程中也会产生机械热应力或电磁力。为了分析储能磁体受力情况,本文通过COMSOL有限元软件建立储能磁体模型,研究磁体绕制过程中热应力和运行过程中电磁力对磁体结构应力应变的影响。结果表明,浸渍固化工艺过程中超导带材最大形变为0.23%,热应力没有对超导带材造成不可承受的损伤;在低温预冷过程中复合树脂最大形变2%,可为超导线圈提供一定预应力;在电磁力与热应力耦合作用过程中,超导带材最大形变0.017%,超导磁体的力学稳定性没有被破坏。     

热开关和多脉冲励磁的类比特高温超导模型磁体的捕获磁通及电磁特性研究EI北大核心CSCD

高温超导磁体因其体积小、高实用性、高场强等优点,在科学研究等领域具有广泛的应用。然而,高温超导带材之间焊接技术的不成熟,很难实现持续电流模式。该文提出一种利用RE-Ba-Cu-O(RE为稀土元素,REBCO)超导片堆叠组成的类比特高温超导模型磁体,该模型磁体不但没有焊接电阻的影响,而且实现持续电流模式。该文说明单片REBCO超导片和由超导片堆叠而成的类比特高温超导模型磁体的结构细节,介绍采用热开关和多脉冲励磁的方法,说明通过COMSOL模拟利用热开关和多脉冲电源对超导片以及类比特高温超导模型磁体进行励磁的过程,证明其能够实现持续电流模式,并对其在持续模式下运行的捕获磁通和电磁特性进行仿真分析以及实验验证。结果表明,热开关和多脉冲励磁的方法可以激励类比特高温超导模型磁体。与传统高温超导磁体相比,由多个超导片堆叠而成的高温超导模型磁体可在无电流引线的情况下实现闭环运行,避免无阻焊接的技术瓶颈。     

超导磁体失超检测电路的设计

超导磁体的失超检测与保护是超导电力技术实用化的一个重要课题。为了实现对超导储能混合磁体的失超检测与保护,本论文根据混合磁体的特点及结构,在现有有源功率检测的基础上,提出了一种针对超导混合磁体的电压校正电路,通过对混合超导磁体上产生的失超信号进行隔离、放大、滤波以及比较等,实现失超信号的检测。设计并完成了失超检测系统硬件电路的制作与调试。通过搭建高温超导线圈的实验装置,在高温超导储能磁体上进行失超检测的实验研究,得出了电压矫正前后的线圈电压波形。给线圈分别以不同速度充电,研究充电速度对阀值电压、失超的起始点及临界电流的影响。实验线圈电压波形表明,该失超检测系统能及时、有效地检测超导混合磁体失超的发生。     

磁流体发电超导磁体的磁场与应力分析

大型MHD磁体是由鞍型超导线圈、不锈钢芯筒、玻璃钢填充体、层间绝缘绑扎带和扁钢带等组成的非均匀不连续体。本文针对二维简化模型,用有限元边界元耦合方法计算了二维磁场,得到了磁体力的分布。然后对磁体进行了有限元应力分析,考虑了层间的周向滑移和径向分离。所得结果对磁体设计具有实际意义,该方法对其它强磁体的设计也具有参考价值。     

SMES中超导线圈电流调节器设计、建模、仿真

超导储能装置(SMES)的超导线圈在充电时,要求其充电速度比较快,同时要求电流超调量不能太大,保证磁体在超导态下运行。超导线圈电流达到稳态,SMES处于待机状态时希望电流保持恒定,以减少磁体电流变化带来的损耗。本文设计了主电路电气参数和控制电路-电流调节器,建立系统数学模型,并基于传统电流调节器进行了工程上的改进,最后对超导线圈充电过程进行了仿真、分析,得到开关元件及超导线圈的过渡过程曲线,为选择电力元件及设计超导线圈提供相关参数。     

加速器二极磁体的应力和磁场分析

在本论文中,我们发展了磁机械耦合的ANSYS分析方法,使用有限元方法研究了加速器二极磁体的应力特性,通过数值模拟,我们研究了超导加速器磁体在磁体装配,冷却和运行磁场为2T时的应力。研究的结果将用于评估超导加速器磁体在建造和运行时的应力控制。     

用于10kV变电站的超导储能系统的监控系统设计

超导储能系统（SMES）中包括高温磁体系统、DC／DC变换系统、换流器输出系统等几大部分,系统的安全稳定高效运行建立在各个子系统的正常工作的基础上。针对1MJ／500kV·A／10kV超导储能系统中各个子系统复杂的运行状态和大量的系统运行数据需要实时进行监控的问题,设计了一套基于CAN总线技术的新型监控系统,并给出了该系统的硬件组成、软件设计及实现方法。实验证明该系统能够可靠地完成监控目标。     

CFETR极向场磁体CICC导体稳定性与交流损耗分析

中国聚变工程实验堆(CFETR)是超导托卡马克装置,其极向场(PF)磁体对控制等离子体位置形状起重要作用。PF系统能否稳定运行主要取决于管内电缆导体(CICC)的稳定性。为确保PF系统稳定运行,应用数值模拟计算程序Gandalf对CFETR PF磁体CICC进行了稳定性分析,给出了机械和电磁扰动下其稳定性裕度、最小失超能量、温度裕度的计算结果以及分流温度随工作电流和磁场强度变化的规律和失超特性。此外,交流损耗为影响导体稳定性的重要因素,对导体交流损耗进行了计算,并研究了其对导体稳定性的影响。分析结果表明CFETR极向场磁体的导体目前的设计能够充分满足安全裕度的要求。     

用于10 kV变电站的超导储能系统的监控系统设计

超导储能系统(SMES)中包括高温磁体系统、DC/DC变换系统、换流器输出系统等几大部分,系统的安全稳定高效运行建立在各个子系统的正常工作的基础上.针对1 MJ/500 kV·A/10 kV超导储能系统中各个子系统复杂的运行状态和大量的系统运行数据需要实时进行监控的问题,设计了一套基于CAN总线技术的新型监控系统,并给出了该系统的硬件组成、软件设计及实现方法.实验证明该系统能够可靠地完成监控目标.     

HT-7U管内电缆导体稳定性的仿真与实验研究

管内电缆导体(cable-in-conduit conductor, CICC)是目前大型超导磁体的首选导体,它在大型超导核聚变实验装置及超导储能磁体中的应用具有不可比拟的优越性。为了减小导体的成本,提出超导股线和铜股线混合在一起的结构,因为增加铜比对导体稳定有利,该文制作了4个带有纯铜股线的管内电缆导体,并应用于HT-7U超导托克马克中。利用一维数学模型(Gandalf)对托克马克实际运行模式下CICC的稳定性进行仿真,研究了CICC的稳定性裕度与质量流速率、磁场、运行电流和铜比之间的关系。同时,将理论结果和实验结果进行比较,得到了样品中分离铜的有效比率。     

空芯螺管型超导储能磁体的优化设计方法

微、小型超导储能系统由于运行操作灵活性和制造工艺简单而在电力系统中具有广泛的应用前景。作为超导储能系统的关键部件,储能超导磁体的优化设计,不仅应从技术上保证超导储能系统运行的安全可靠性,而且应能最大限度地降低制造成本。本文针对超导储能磁体系统的基本组成单元－螺管型超导磁体,从磁体绕组的基本参数如绕组厚度、径高比的变化出发,分析了螺管型储能超导磁体的储能效率,提出了螺管型超导储能磁体的优化设计方法。     

核磁共振成像超导主磁体设计及分析

本文论述了不同结构的核磁共振成像超导主磁体设计的原理与计算机算法。编出的设计程序考虑了超导体的超导特性、磁场均匀性要求、磁体的经济性以及磁体结构选择等各方面的因素。用此程序对一系列具有不同磁体结构、不同中心场强、不同孔径要求的MRI超导主磁体进行设计计算及分析,获得了一些对实际设计MRI超导主磁体有参考价值的数据。此外,该程序还适用于其它具有圆柱对称性的高均匀度超导磁体的设计计算。     

50mm口径工业化超导二极磁体的失超性能实验研究

本文介绍作用参加的５０ｍｍ口径超导主二极磁体失超性能实验研究的详细结果。这些用于美国超导超级对撞机的工业化磁体是由费米实验室和通用动力公司制造的，并在费米实验室进行了实验研究。     

电工电能信息

ＡＳＣ建造７．２５Ｔ高温超导磁体在ＮＲＢ试验成功据美国《超导周刊》报道,最近美国海军研究实验室公布由美国超导公司设计的高温超导磁体成功运行,磁场达７．２５Ｔ。据美国超导公司报道这是目前的世界纪录。日本东北大学和住友重工开发１５．１Ｔ的制冷磁体据美国《...     

超导故障限流器在电力系统中的应用研究

超导故障限流器与常规限流电抗器不同的是：它不但可以限制短路电流,使得轻型断路器可以正常动作,而且在电网正常运行时不呈现任何阻抗和电压降。首先对超导故障限流器的原理,分类及主要运行参数进行了讨论。通过ＥＭＴＰ９６对超导故障限流器的运行特性进行了仿真,证明超导故障限流器可以在电力系统中的应用。     

高温超导磁储能用斩波器仿真及试验

针对高温超导磁体充、放电对超导储能系统斩波单元稳定运行的要求,对超导磁储能电压型功率调节系统进行了研究,采用状态空间平均法建立斩波器充电及放电模式的数学模型,分析斩波器充电、续流及放电的工作原理,并设计斩波器的电流闭环反馈控制方法。基于第2代高温超导线圈,考虑到线圈电感量及其限流保护,应用Matlab软件进行了斩波器充电和放电工作模式仿真,并且搭建了一个超导储能的斩波器试验系统,应用DSP2812处理器实现对超导磁体充、放电控制。磁体电压、磁体电流及直流母线电流仿真与实验波形吻合较好,所应用的斩波器数学模型及其控制方法能实现对超导磁体快速稳定地充、放电和续流。     

日本超导装置电绝缘技术

前言超导线无阻传导电流,因而在直流超导线圈中没有电压降。由于这个原因,有些人认为:“超导装置不需要电绝缘”。但是,超导磁体的励磁必须施加一个电压克服磁体内的感应电压降并为磁体贮能供电。磁体感应电压降的大小取决于磁体的电感应和磁体激励的速率。熄灭,熄灭是指超导线由超导态变为常导态的转变过程,是超导电性应用中有待解决的一个重要问题。当超导磁体熄灭时,磁体变成有电阻的,产生焦耳热。为了防止烧坏磁体,必须关掉电源并把磁体内的贮能释放到磁体外的一个阻尼电阻器中,此时,磁体的端电压是磁体电流和外电路电阻的乘积。即使将磁体的端部短路也不出现端电压,磁体内也会感生出感应电压。有时这种     

非均匀高温超导带材对CORC电缆失超特性的影响研究

高温超导CORC(conductor on round core)电缆失超时的热负荷严重威胁了低温系统和电缆本体的安全稳定运行。受微米级超导薄膜制备工艺等的影响,CORC电缆并绕的多根高温超导带材不均匀。为分析不均匀临界电流对CORC电缆失超特性的影响,该文搭建了基于三维TA方程的有限元模型。以降维的带材曲面为求解区域,以等效的电流密度为求解变量,失超模型在同一几何中表达超导和常导两种属性,构建电流和电势两种约束。在导体域建立降维的热模型,用以考虑损耗和传热的影响;在全局建立等效的电路模型,用以控制并联导体的分流。进一步地,耦合模型考虑温度依赖的接头电阻以模拟CORC电缆带材的烧断和电流的突变。结果表明,非均匀高温超导带材影响了电流重分配的动态响应,加快了局部失超的发展过程。