超导磁储能磁体运行特性分析及其实验测试系统

摘要

随着供电质量和稳定性要求的不断提高，超导磁储能技术因其特有的储能优势而备受各国重视。本论文从超导磁储能系统原理出发，详细研究了超导磁储能如何解决电力系统中出现的各种问题，并搭建了能量交互电路模型，获得了超导磁体的各特性参数计算模型。以LabVIEW技术为依托，开发了用于该储能装置能量交互实验的测控平台，并进行了实验验证。本文的主要工作内容为：
　　1．从超导磁储能系统的基本原理出发，构建了桥式斩波电路充电，储能，放电的Simulink仿真模型，从超导磁储能能量交互原理出发，提炼了超导磁储能系统如何解决各种电力系统中的本质问题，并构建了能量交互电路模型，为研究实际磁储能装置的工作特性提供了便利条件。
　　2．提出了两种用于计算磁体任意点处磁感应强度的计算方法，根据两种方法的计算原理分别构建了数值计算模型，并提出了一种磁体细分技术，并将其应用于计算模型提高其计算精度，并将两种计算模型的计算结果进行了对比，在不影响计算精度的情况下，快速计算法可以大大节省计算时间。然后提出了磁体的自感及互感计算模型，从而提出了一种利用两者参数匹配来设计磁体结构的方法。
　　3．在磁场计算模型的基础上，以理论技术为依托，进一步研究其与超导特性相关的计算模型，如超导临界电流计算模型，超导n值计算模型及超导交流损耗计算模型，能真实反应出各参数在超导带材中每层的分布情况，为研究人员进一步分析超导磁体的超导特性提供了便捷方法。
　　4．以LabVIEW平台为基础，构建了一个用于超导磁储能装置实验的测控平台，并提出了一种用于模拟超导磁储能装置各种能量交互过程的方法，一方面为超导磁储能装置用于并网测试实验验证提供了便捷方法并获得了数据支持；另一方面，能有效的验证超导储能装置在解决功率波动的效率。此测控平台还可以用于测量超导带材的临界电流，伏安特性曲线等。
　　通过各种计算模型，可以从理论计算和仿真分析的角度来对超导磁体特性进行分析；通过实验平台从实验的角度，进一步对超导磁体特性进行验证和测试。

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第一章 绪 论

1.1 超导磁储能系统研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作

第二章 超导磁储能装置原理介绍及数学建模

2.1 超导磁储能系统基本原理

2.2 超导磁储能系统基本理论

2.3 超导磁储能系统的能量交互理论

2.4 本章小结

第三章 磁体磁感应强度及磁体自感互感计算

3.1 磁体磁感应强度计算及分析

3.2 储能磁体线圈自感及互感计算

3.3 本章小结

第四章 超导磁储能磁体的超导特性分析

4.1 超导临界参数

4.2 超导体的各向异性

4.3 交流损耗

4.4交流损耗计算及结果分析

4.5 本章小结

第五章 基于LabVIEW的控制测试平台建立及实验验证

5.1 基于LabVIEW的SMES测控实验平台概述

5.2 能量交互电路设计

5.3 虚拟仪器程序设计

5.4 一种模拟能量交互测试系统设计

5.5 测试结果及分析

5.6 本章小结

第六章 全文总结及工作展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果