[发明专利]一种高温超导CORC仿真建模方法

说明书

本发明公开了一种高温超导CORC仿真建模方法，包括以下步骤：步骤一、根据实际超导CORC的三维结构，忽略超导带材的厚度，建立超导CORC三维电磁仿真模型并求解；步骤二、根据超导CORC的截面结构，建立超导CORC的二维电磁仿真模型；步骤三、从三维电磁仿真模型中提取电流密度矢量沿超导带材宽度方向的分布，并将其作为二维电磁仿真模型的激励，求解电流密度矢量沿超导带材厚度方向的分布，获得超导CORC三维结构对其电磁特性的影响。实施本实施例，具有计算获得的数据准确，且计算量小等优点。

技术领域

本发明属于高温超导电缆技术领域，具体涉及一种高温超导CORC(Conductor onRound Core，缠绕型导体)电磁特性分析的建模方法。

背景技术

随着我国经济飞速发展，许多城市用电量逐年上升，城市中心区域的电力负荷激增，输配电容量大幅增加，减少电网损耗和提高电网运行稳定性等问题也随之提出。目前电网系统在输配电环节损耗很大，因此各国都在寻找减少电网损耗方案，其中超导材料是减少电网损耗的最重要方案之一，超导材料具有低损耗、高效率、传输电流密度高等优点，对于未来电力行业的发展具有重要意义。近年来，随着高温超导材料技术的发展，高温超导材料的电磁特性和机械特性得到了很大的提高，使高温超导材料能实现大规模的商业化生产。超导带材的商业化生产促进了超导装置的在全世界的广泛研究和应用。其中，超导电缆因为其通流能力强，结构紧凑，无电磁辐射污染等优势受到广泛关注，目前世界范围内已经有多条超导电缆挂网运行。

缠绕型导体(CORC)是超导电力电缆的基本构成形式，CORC的电磁特性直接决定超导电缆的通流能力。在CORC绕制过程中，不同的带材绕制半径、绕向角、缝隙宽度以及通流大小，都会对CORC的电磁特性产生影响。CORC的电磁热损耗积累会造成电力电缆温度上升，一旦超过超导材料的临界温度，会造成电缆的失超故障，严重时会造成电力电缆烧毁。目前传统的超导CORC有限元仿真建模方法，包括二维模型与三维模型，对导体的三维结构进行了不同程度上的简化处理：传统的二维模型不能反映CORC的三维螺旋结构，无法对CORC的三维结构进行优化设计；有的三维模型忽略了带材间缝隙的影响，无法准确地评估CORC的交流损耗，有的虽然考虑了缝隙的影响，但由于超导带材宽度是厚度的几十甚至上百倍，几何建模复杂，求解计算量极其巨大。上述仿真建模方法都难以系统化地评估CORC的若干结构参数对其电磁特性的作用规律。因而需要找到一种能够准确评估CORC电磁特性的仿真计算方法，从而为超导电缆本体的设计提供参考，保证超导电缆在各种工况下长期运行的安全稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，本发明提供一种高温超导CORC仿真建模方法，分析超导CORC中包括带材的绕制半径、绕向角、缝隙宽度的三维结构参数对导体电磁特性的作用规律，对具有不同三维结构的超导CORC损耗特性进行评估，以对传统超导电缆设计提供修正参考，数据准确，且计算量小。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例的一方面提供一种高温超导CORC仿真建模方法，包括以下步骤：

步骤一、根据实际超导CORC的三维结构，忽略超导带材的厚度，建立超导CORC三维电磁仿真模型并求解；

步骤二、根据超导CORC的截面结构，建立超导CORC的二维电磁仿真模型；

步骤三、从三维电磁仿真模型中提取电流密度矢量沿超导带材宽度方向的分布，并将其作为二维电磁仿真模型的激励，求解电流密度矢量沿超导带材厚度方向的分布，获得超导CORC三维结构对其电磁特性的影响。

其中，所述步骤一进一步包括：

步骤11，确定超导CORC的结构参数，以及各组成部分材料参数，所述结构参数包括带材宽度、绕制半径、带材绕向角、带材间缝隙宽度，所述材料参数包括磁导率、电导率；