[发明专利]能源管道用高温超导直流电缆电流均流优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种能源管道用高温超导直流电缆电流均流优化方法及系统，方法包括：获取高温超导直流电缆各层的初始结构参数，初始结构参数包括：电网交流纹波分量的幅值和频率、绕制螺旋角、绕制方向、接头电阻；对各层的初始结构参数及高温超导直流电缆的物理性质进行电磁分析；根据所述电磁分析和预设工作电压，确定所述高温超导直流电缆各层的电流分布；基于电缆各层的电流分布，利用蚁群算法、预设目标函数及预设约束条件对初始结构参数进行调整，生成优化后结构参数。在优化的结构参数方案中，通过蚁群算法考虑接头电阻对直流电流的分布和电缆本身的电感互感参数对直流中的纹波分布的影响，对高温超导电缆通电导体各层电流均流的最优化。

技术领域

本发明涉及高温超导电缆技术领域，具体涉及一种能源管道用高温超导直流电缆电流均流优化方法及系统。

背景技术

我国资源分布不均，西电东送与西气东输、近海风电与液化天然气(LNG)站等能源工程的加速建设，超导输电技术迅速发展，利用LNG冷却超导电缆，实现电力/LNG一体化输送的可共用能源通道，提高整体效率，降低综合成本，为能源互联网建设提供先进技术方案，针对电力/LNG一体化输送的特殊需求，采用高温超导电缆进行电能的传输。

电网系统中整流器输出的大直流电中含有一定比例的交流纹波成分，高温超导电缆的通电导体是通过多并联螺旋绕制导体分流来实现对大电流的承载，采用优化算法使得超导电缆通电导体的各层电流趋于均匀化将大幅提升超导带材的使用率，具有重要的经济意义。其中并联支路的电流分布受到多种因素的影响，其中包括：超导带材的临界电流，超导带材的n值，同根超导带材中间的焊接接头电阻，并联超导带材间的接头电阻，通电导体的每层自感、层间互感以及绕制螺距。其中对于直流超导电缆来说，对电流分布影响起主要作用的因素是接头电阻和交流纹波在通电导体的作用下的电流分配的影响。当并联超导带材均处于超导态、并联超导带材中一部分接近临界电流时，存在产生的微小电阻将改变并联支路中的电阻比，最终影响到多并联绕制导体中电流分布的问题。

发明内容

因此，本发明提供的一种能源管道用高温超导直流电缆电流均流优化方法及系统，克服了微小电阻将改变并联支路中的电阻比，最终影响到多并联绕制导体中电流分布的缺陷，实现了在设计之初研究超导电缆带材的均匀化设计，考虑接头电阻和交流纹波实际工况下的超导通电导体的各层电流均匀化设计。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种能源管道用高温超导直流电缆电流均流优化方法，包括：

获取高温超导直流电缆各层的初始结构参数，所述初始结构参数包括：电网交流纹波分量的幅值和频率、绕制螺旋角、绕制方向、接头电阻；

对各层的初始结构参数及高温超导直流电缆的物理性质进行电磁分析；

根据所述电磁分析和预设工作电压，确定所述高温超导直流电缆各层的电流分布；

基于电缆各层的电流分布，利用蚁群算法、预设目标函数及预设约束条件对初始结构参数进行调整，生成优化后结构参数。

在一实施例中，所述预设目标函数通过以下公式表示：

其中，I′_lx(x)、I_′ly(x)分别表示第i层电流I_i的实部和虚部。

在一实施例中，所述预设目标函数为高温超导直流电缆运行的直流电网系统中幅值最大的频率次纹波的波次进行优化的目标函数。

在一实施例中，幅值最大的频率次纹波的波次为12次。

在一实施例中，所述基于电缆各层的电流分布，利用蚁群算法、预设目标函数及预设约束条件对初始结构参数进行调整，生成优化后结构参数的步骤，包括：