隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展,SMES(Superconducting Magnetic Energy Storage,超導磁儲能系統(tǒng))也逐漸步入人們的生產(chǎn)生活中。將SMES接入電力系統(tǒng)中,可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、改善電能質(zhì)量、提供系統(tǒng)備用容量、進行分散電源系統(tǒng)能量管理,相比于其他儲能方式,還具有儲能效率高、技術(shù)較簡單、無機械轉(zhuǎn)動損耗、響應(yīng)速度快等優(yōu)點。超導儲能磁體作為SMES中的核心部件,起著接收、儲存、快速分配電磁能的作用,因此越來越多的研究人員對其進行深入研究。當SMES儲能量較大時,超導儲能磁體在運行過程中會產(chǎn)生很強的漏磁場,這直接影響到周圍敏感電子設(shè)備和工作人員的工作環(huán)境,對電子設(shè)備造成電磁干擾甚至損壞,對周圍工作人員的安全造成威脅。因此,降低SMES運行中在周圍產(chǎn)生的漏磁場十分重要。本文首先闡明了研究降低SMES運行中產(chǎn)生漏磁場的背景和意義,對SMES的工作原理及其組成部分做簡要介紹,總結(jié)了SMES的發(fā)展及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。其次介紹了分析漏磁場所需的電磁場理論基礎(chǔ)和有限元分析方法,介紹了對超導儲能磁體進行建模仿真的有限元分析軟件COMSOL Multiphysics,介紹了遺傳算法和序列二次規(guī)劃算法的相關(guān)知識以及結(jié)合兩種算法的優(yōu)點組合成的遺傳序列二次規(guī)劃法。再次介紹了超導材料的分類及選取,以經(jīng)濟性為目標,基于遺傳序列二次規(guī)劃法對單螺管型超導儲能磁體的參數(shù)進行優(yōu)化計算,并用COMSOL對其進行建模仿真分析,提取出距離磁體中心2m處的最大磁場強度。最后分析了超導儲能磁體漏磁場的屏蔽原理,基于改變磁體結(jié)構(gòu)來降低漏磁場的方法,設(shè)計了五種多螺管復(fù)合型結(jié)構(gòu)超導儲能磁體作為改進方案,并分別計算電感值,以經(jīng)濟性為目標,基于遺傳序列二次規(guī)劃法對磁體參數(shù)分別進行優(yōu)化,利用COMSOL對五種改進方案的磁體進行建模仿真分析,提取出需對比分析的仿真數(shù)據(jù)。先分別從漏磁場大小、漏磁場分布以及經(jīng)濟性進行對比分析,再綜合分析得出結(jié)論。結(jié)果表明,五種改進方案都可在一定程度上降低漏磁場,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強漏磁分布在磁體上下兩端的同時消耗的超導帶材最少。
【學位單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM26
【部分圖文】：

磁體產(chǎn)生的強磁場采取相應(yīng)的屏蔽和場會對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利的影響，會部分將電能以電磁能的形式儲存起來，需儲存的能量E 可由下式求得：2SMES SMES SMES12E L I的電感值；SMESI 為超導儲能磁體的工S 系統(tǒng)的核心元件，由于其工作在直流用直流電流。最早的 SMES 結(jié)構(gòu)是由那以后對 SMES 設(shè)備的設(shè)計研究都以了使SMES與電力系統(tǒng)處于適當?shù)碾妷?

0qJt 00 mε (1 )μ (1 )D EB HJ E 一般取值為 ε0=8.854×1的計算公式為：ex scB B Bsc為內(nèi)部感應(yīng)磁場(T)。圖 2.2 所示。

多螺管復(fù)合結(jié)構(gòu)超導儲能磁體的漏磁場研究擴展建模功能，用來分析電磁學、結(jié)構(gòu)力學、聲學、流體流動、傳熱的實際工程問題。在軟件平臺中，附加模塊與 LiveLink 產(chǎn)品可以自由哪一領(lǐng)域的建模工作，都遵循統(tǒng)一的建模工作流程。SOL 以有限元分析法為基礎(chǔ)，要對真實物理現(xiàn)象進行仿真，可通過偏微分方程組來實現(xiàn)。如今，被科學家稱為“第一款真正的任意多物軟件”。COMSOL 用解數(shù)學問題的方法來求解真實物理現(xiàn)象，以高效的多場雙向直接耦合分析能力實現(xiàn)了高度精確的數(shù)值仿真。目前已經(jīng)、化學反應(yīng)、彌散、電磁學等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[44-46]。SOL 軟件 5.4 版本的三維(3D)應(yīng)用模式主界面截圖如圖 2.3 所示。

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本文編號：2813296