高温超导直流电缆的交流纹波损耗研究

摘要

高温超导直流电缆具有传输容量大、损耗低、体积小、质量轻等优点，在大容量直流输电领域中具有广阔的应用前景。交流纹波损耗是高温超导直流电缆的一项重要参数，直接影响运行稳定性和运行成本。因此，开展高温超导直流电缆的交流纹波损耗研究十分重要，可以为高温超导直流电缆的应用提供理论和实验基础。
　　本论文在系统介绍高温超导直流电缆交流纹波损耗及国内外研究现状的基础上，从实验测量和有限元仿真两个方面对高温超导带材和模型电缆的交流纹波损耗进行研究。
　　首先，调研了高温超导直流电缆的国内外研究现状，详细阐述了高温超导体交流损耗的组成和在不同情况下的理论计算。
　　其次，比较了各种测量交流损耗方法的优缺点，结合实验室现有条件，搭建了采用电测法的交流损耗测量平台，超导带材在纯交流时的交流损耗测量结果与Norris公式相吻合，验证了实验测量平台的可靠性。
　　然后，测量了高温超导带材的临界电流和在不同直流运行电流、不同频率、不同纹波下的交流纹波损耗。绕制了高温超导直流模型电缆，测量了模型电缆的临界电流和在不同直流运行电流、不同频率、不同纹波下的交流纹波损耗。
　　最后，基于Maxwell方程组和高温超导体E-J指数特性，对高温超导带材和电缆的交流纹波损耗进行了有限元仿真。仿真结果与实验测量结果比较吻合，验证了仿真模型计算高温超导体交流纹波损耗的正确性和有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 高温超导直流电缆的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本论文的难点和创新之处

1．3．1 本论文的难点

1．3．2 本论文的创新之处

1．4 论文研究内容

第2章 高温超导体交流损耗的计算方法

2．1 超导体临界电流的各向异性及电测法的测量

2．1．1 超导体临界电流的各向异性

2．1．2 电测法测量超导带材的临界电流

2．2 高温超导体交流损耗组成及理论计算

2．2．1 高温超导体交流损耗的组成

2．2．2 传输电流为纯交流时高温超导带材的交流损耗

2．2．3 传输电流为交直流电流时高温超导带材的交流损耗

2．2．4 平行交直流磁场中通有交直流电流时的交流损耗

2．3 本章小结

第3章 交流损耗测量平台的搭建

3．1 交流损耗测量方案的确定

3．1．1 电测法的确定

3．1．2 测量平台的确定

3．2 测量平台的实验装置

3．2．1 测量平台的硬件

3．2．2 测量平台的软件

3．3 测量平台可靠性验证

3．4 本章小结

第4章 高温超导体的交流纹波损耗的实验测量

4．1 高温超导带材的交流纹波损耗

4．2 高温超导直流电缆的绕制

4．2．1 模型电缆绕制材料的选取

4．2．2 电缆的设计参数

4．2．3 超导模型电缆的制作过程

4．3 高温超导直流电缆的交流纹波损耗

4．3．1 模型电缆的临界特性曲线

4．3．2 测量模型电缆的交流纹波损耗

4．4 本章小结

第5章 高温超导体的交流纹波损耗仿真

5．1 仿真分析的理论基础

5．1．1 仿真分析的理论模型

5．1．2 仿真分析的求解方法

5．2 高温超导带材交流纹波损耗有限元仿真分析

5．2．1 几何模型

5．2．2 主导方程的确定

5．2．3 设置边界条件与剖分网格

5．2．4 仿真结果与后处理

5．3 高温超导直流电缆交流纹波损耗有限元仿真分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望与不足

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作

致谢