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《电子科技大学》 2018年
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超导直流输电系统中电缆设计及自保护特性仿真分析

陈正华  
【摘要】:伴随着人类对能源需求的日益增长,以及来自资源和环境的双重约束,清洁替代和电能替代将成为新的能源变革的主要方向。为了适应新能源大幅并网以及电能在终端能源中消费比例不断增长的趋势,高效、安全、环保的电力传输技术的研究日趋活跃。超导技术作为21世纪最具发展潜力的技术之一,其在电力、电机、汽车、航天、高能物理和轨道交通等领域的应用研究正在积极推进。其中,超导电力应用技术是较早开始研究的领域,也是目前超导技术最成熟和最接近大规模应用的方向。本文以超导直流输电系统中电缆设计和特性分析为研究课题,重点研究了超导带材临界电流、超导直流电缆的设计与优化、失超-恢复特性以及超导电缆直流输电系统中的限流特性等,主要研究内容分为以下几个部分。首先,简单回顾超导的发展历程,介绍了一代带材(Bi-2223)、二代带材(YBCO)、二硼化镁(MgB_2)、铁基超导材料等几种最具有应用前景的超导材料。包括其加工工艺、发展水平和已经商品化的带材规格等。紧接着按照超导直流电缆和超导交流电缆分类,汇总了目前世界上具有代表性的高温超导电缆示范项目。其次,根据工程应用中最关注的临界电流和损耗问题,结合超导直流电缆传输电流的特点,给出了高温超导带材的相关理论计算模型。临界电流决定着超导直流电缆传输效率的,且会受到工作环境中磁场、温度、应力等多种因素影响,理论计算模型中将会给出临界电流和各变量的函数关系式。同时,对交流损耗、失超传播速度(NZPV)和最小失超能(MQE)等概念进行了介绍分析。再次,依据超导直流电缆的设计流程,阐述电缆导体设计、绝缘设计以及相关附件设计的过程和注意事项。结合超导直流电缆单层和多层排布时的间隙效应和多边形效应,优化电缆的带材排布,减少成本提高效率。Comsol Multiphysics软件将被用于对不同结构的高温超导直流电缆的磁场分布、临界电流进行分析。最后,由于超导直流电缆可在数毫秒内,从超导态转变为正常态,对于快速限制故障初期冲击电流至关重要。基于超导直流电缆的失超-恢复特性,在Matlab/Simulink中建立超导电缆模型。分析了直流配电网、LCC直流输电和VSC直流输电系统发生故障时,使用具有限流功能的超导直流电缆的对系统故障电流的影响,以及从超导直流电缆设计上决定故障电流抑制能力的因素。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM721.1

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