[发明专利]分布式高温超导应用系统的结构、控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种分布式高温超导应用系统的结构、控制方法及系统，包括：多个相互并联的超导带材；每个所述超导带材中设置有超导开关，所述超导开关能够使对应的所述超导带材在超导和非超导状态切换。本发明通过本发明控制多个超导带材的状态，可以有效延长超导装置的使用寿命；通过本发明可以准确的优化分配超导应用中并联支路上电流分布，避免磁场的偏移等情况导致的超导装置性能下降问题。

技术领域

本发明涉及超导材料领域，具体地，涉及一种分布式高温超导应用系统的结构、控制方法及系统。

背景技术

1911年荷兰莱顿(Leiden)大学的卡末林·昂纳斯教授在实验室首次发现超导现象以来，超导材料及其应用一直是当代科学技术最活跃的前沿研究领域之一。在过去的十几年间，以高温超导为主的超导电力设备和磁体的研究飞速发展，在超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导电机、超导磁悬浮、核磁共振、托克马克核聚变、粒子加速器等领域取得显著成果。尤其近年来高温超导材料制造工艺的不断成熟，高温超导材料的成本正快速下降，高温超导材料在工业界的应用被逐渐看好。

在超导电力应用方面，用于城市高密度配送电的超导电缆、用于快速限流的超导限流器、以及超导储能等都为解决电力系统的固有技术难题提供了一条新的技术途径。在超导磁体应用方面，由于二代高温超导材料的高上临界磁场以及低温强场下的高电流密度，近年来被广泛应用于混合型内插磁体中，以获得高于30T的超高磁场。而超高磁场的获得有望引领现代物理、材料、医疗、生物领域的新一轮技术革新。

高温超导应用设备展现出了良好的应用前景，由于近期材料刚发展成熟，一大批大型的高温超导应用示范项目启动不久，应用装置的寿命问题还没有得到系统性研究。

超导的应用装置基于超导带材的使用，每根超导带材都有本征的临界电流特性。一个大型的超导应用，装置无论是缆线的形式还是线圈的形式，都涉及到最基础超导带材的串并联形式。此外，通过该装置的额定电流相对于并联带材的总临界电流，总是会留有一定的裕量。这个裕量在超导电缆中一般设置为50％，在核聚变磁体中，一般设置为70％，也就是说在实际的聚变磁体中，只有30％的超导带材在工作。

由于每根超导带材拥有不同的临界电流，材料本征性能的也不一样，更为重要的是超导材料区别于铜、铝材料，没有电阻。因此在一个多根超导带材并联的系统中，电流并不会由于材料电阻存在而被分配到每个支路中。此时由于超导带材本征性能的微观差别，电流总是会往固定的一根或部分超导带材中流动，长期运行时，这些承载电流的超导带材寿命将制约整个装置的寿命。

此外如果电流分配的不理想，还容易导致装置性能的下降。例如在装置中，电流碰巧集中在一侧，而另一侧没有电流时，会导致磁场的偏移，交流损耗增大等等情况的发生。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种分布式高温超导应用系统的结构、控制方法及系统。

根据本发明提供的一种分布式高温超导应用系统的结构，包括：多个相互并联的超导带材；

每个所述超导带材中设置有超导开关，所述超导开关能够使对应的所述超导带材在超导和非超导状态切换。

优选地，所述超导开关通过改变温度或磁场的方式，使对应的所述超导带材在超导和非超导状态切换。

优选地，每个所述超导带材分别绕制成饼式超导线圈；

或者，多个所述超导带材相互平行设制在管型支架上，构成超导电缆结构；

或者，多个所述超导带材依次周向螺旋绕制在所述管型支架上，构成螺线管；

或者，所述超导带材呈马鞍形部分包围绕制在所述管型支架的圆周上。

优选地，所有超导开关的开关切换以开关次数最少且所有超导带材的整体使用寿命最长的方式驱动。