单螺管型高温超导储能磁体的静磁场分析

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1、单螺管型高温超导储能磁体的静磁场分析　　【摘要】超导磁储能系统应用于电力系统可以抑制电压波动，削峰填谷，改善电能质量。单螺管型高温超导磁储能系统具有结构简单，材料利用率和储能效率高的优点，但漏磁场较大，会对电磁环境带来非常严重的影响。本文通过ANSYS软件进行仿真分析，得到单螺管型高温超导储能磁体的静磁场分布规律，针对漏磁场问题，提出相应的屏蔽措施。　　【关键词】SMES单螺管超导磁体静磁场分析ANSYS漏磁屏蔽　　【Abstract】Superconductingenergystoragemagnets，i

2、fappliedinpowergrid，cannotonlyeffectivelyrestrainpowerqualityproblemssuchasvoltagefluctuationandflicker，butalsocanbeinvolvedintheoperationandcontrolofpowergridandimprovethepowerquality.Thesinglescrewpipesuperconductingmagnethastheadvantageofsimplestructure，

3、highmaterialutilizationandenergystorageefficiency，butleakagemagneticfieldproblemdoesgreatharmtothemagneticenvironment.Thispaper，byusingANSYSsoftware，givesananalysisofthesimulationandgetsthesinglescrewtubetypehightemperaturesuperconductingenergystoragemagnet

4、sofstaticmagneticfielddistribution，andfinallyputforwardthecorrespondingmeasures，inviewoftheleakagemagneticfieldproblem.7　　【Keywords】SMES；Singlescrewsuperconductingmagnet；Analysisofthestaticmagneticfield；ANSYS；Magneticfluxleakageblocking　　超导磁储能系统是利用超导线圈作为储能线

5、圈，与其它线圈相比，超导线圈几乎无损耗，所以能量可以永久存储；与常规的储能装置相比，超导储能系统的转换效率可以达到95%，且具有很快的反应速度，因而被大量运用。但超导磁体在运行过程中会产生104高斯数量级场强的磁场，而10高斯数量级的磁场就会导致一些电子设备不能正常工作，5高斯的磁场就可能导致带有心脏起搏器的人生命受到威胁。本文主要进行单螺管高温超导磁体的静磁场分析，提出改进措施。　　1超导磁储能系统　　1.1超导磁储能系统的原理　　超导磁储能是利用超导线圈作为储能线圈，由电网经变流器供电励磁，在线圈中产生磁

6、场能量而储存起来，需要时，可经逆变器将所储存的能量返回电网或提供给需要电能的负载，其原理图如图1.1示。在K1断开的状态下，接通K2，给超导线圈充电，充电完毕后，将K1闭合，K2保持断开，超导线圈与超导线形成闭合回路，电流无损耗、无衰减。永久电流的能量以磁场形式储存在超导线圈中，以便需要时快速输出。　　1.2超导磁储能系统的构成7　　SMES一般情况下由超导储能磁体、低温冷却系统、功率调节系统和监控保护系统组成。图1.2是SMES的结构框图，图中变压器的作用是选择适当地电压以使得SMES与电力系统相匹配，变流

7、器属于功率调节系统关键部件，控制电网与磁体之间的能量交换，信号采集、控制器属于监控保护系统部件，主要采集实时数据，控制系统运行。磁体失超会产生焦耳热，严重时毁坏整个储能系统，磁体保护系统主要对磁体进行失超保护，以确保系统稳定运行。　　2单螺管型高温超导储能磁体静磁场分析　　2.1单螺管线圈空间的磁场分布　　2.3.2仿真结果分析　　在对1MJ单螺管型高温超导储能磁体进行ANSYS静磁场分析时，采用矢量位方法，得到节点自由度AZ分布云图、节点磁力线分布图、节点磁通密度（BX、BY、BSUM）分布云图，节点磁场强

8、度（HX、HY、HSUM）分布云图，磁场能量分布云图。下面分别对仿真结果进行分析。　　（1）节点自由度AZ：在二维静态磁场分析中，一般采用矢量位方法，此时只有主自由度AZ。图2.3为节点自由度AZ分布云图。从图中可以看出，AZ的最大值为0.072579，如图中红色部分所示，基本出现在D区，面编号为A34-A48；之后逐渐减小，直到最后变为零，如图中深蓝色部分。超导磁体内侧（单螺管内部区域）衰减较快，