高溫超導直流輸電技術探討.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)化社會，電力是社會生產(chǎn)、生活的重要支柱，是保證社會正常運行的根本能源。電力系統(tǒng)由小到大，經(jīng)過低壓輸電到高壓輸電，直流輸電到交流輸電等若干技術變革，發(fā)展為現(xiàn)代的多機、大容量、交直流輸電相結合的復雜系統(tǒng)。但是，隨著系統(tǒng)的擴大，電力系統(tǒng)在若干方面正面臨著難以克服困難。如高電壓、長距離的電力輸送，使系統(tǒng)出現(xiàn)難以克服的穩(wěn)定性問題；在大城市，電能消費密度不斷增長，但送電通道越來越緊張，用常規(guī)技術已難以解決大城市高密度大容量送電問題；目前的

2、輸電導體絕大多數(shù)使用的都是具有電阻的銅和鋁，作為導電物質(zhì)，輸電線路損耗巨大。要解決上述困難，急需在電力系統(tǒng)中進行重大的技術革新。由于超導體具有電阻為零和其他一些優(yōu)越特性，應用超導技術，正是解決電力系統(tǒng)中上述困難的有效途徑。高溫超導電纜具有特大電流密度和超低輸電損耗等特點，是一種極具應用前景的大容量緊湊型輸電電纜，并具有節(jié)能、資源保持、零電磁干擾、非爆炸性、不可燃及無毒等環(huán)保優(yōu)勢。
　　隨著高溫超導材料及相關技術的不斷進步，高溫超導

3、電纜逐漸從實驗室走向?qū)嶋H并網(wǎng)運行，但是截至目前，實際并入電網(wǎng)的高溫超導電纜項目都是針對交流輸電的場合而研究和設計的。事實上，高溫超導材料的零電阻特性只有在直流應用條件下才能滿足，而在交流應用中，不可避免的存在交流損耗。而且相對交流輸電而言，直流輸電本身具有更靈活的控制特性。本文就是在這樣的背景下，結合高溫超導技術與直流輸電的優(yōu)勢，對高溫超導直流輸電系列問題進行了分析和研究。
　　本文首先依據(jù)自行設計的實驗電纜模型，建立了高溫超導電

4、纜伏安特性測試系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)分別對鉍系（第一代Bi系）和釔系（第二代YBCO）高溫超導帶材在不同大小和方向的背景磁場下的臨界電流進行測試，為電纜的進一步優(yōu)化設計和應用提供了實驗依據(jù)。
　　然后以螺旋電流磁場分析和電流分布理論為基礎，建立超導電纜磁場計算的理論模型，計算高溫超導電纜的電磁參數(shù)，為高溫超導電纜的設計，制造和優(yōu)化提供基本參數(shù)。同時利用Ansoft/Maxwell建立電纜的仿真模型，分別對冷絕緣結構電纜和熱絕緣結構電纜

5、內(nèi)部及周圍的磁場分布進行了仿真分析和計算，并進行比較，在基于實驗結果的基礎上，得出利用具有較好磁場特性的YBCO高溫超導帶材設計冷絕緣結構直流電纜更具優(yōu)勢的結論，同時證明本文提出的電纜模型是可行的。
　　本文的最后提出了高溫超導直流輸電系統(tǒng)方案，并應用Matlab/Simulink建立了電流源型直流輸電系統(tǒng)，對超導輸電系統(tǒng)的的升壓啟動過程、小擾動及降壓停運過程、整流側直流線路接地故障、交流側單相接地故障、系統(tǒng)的交直流阻抗頻率特性進