高溫超導(dǎo)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組設(shè)計(jì).pdf

1、風(fēng)力發(fā)電是緩解世界能源和環(huán)境危機(jī)的重要技術(shù)。其發(fā)展受到發(fā)電成本偏高和陸上風(fēng)能資源有限的制約，研制大容量海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為解決這兩個(gè)問(wèn)題的重要途徑。高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高等突出優(yōu)勢(shì)，是大容量海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重點(diǎn)研究方向之一。本文在國(guó)家863計(jì)劃資助下，結(jié)合海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，從電磁設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析、失超保護(hù)和制冷系統(tǒng)等方面對(duì)高溫超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的超導(dǎo)勵(lì)磁繞組設(shè)計(jì)開(kāi)展了系統(tǒng)的研究工作。電磁設(shè)計(jì)是高溫超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)

2、磁繞組設(shè)計(jì)的核心。本文在863項(xiàng)目組提出的超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)整體電磁設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，以調(diào)研和實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的高溫超導(dǎo)帶材基本特性分析數(shù)據(jù)為支撐，結(jié)合MATLAB和有限元軟件COMSOL，利用遺傳算法對(duì)超導(dǎo)勵(lì)磁繞組的電磁和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得出了超導(dǎo)帶材用量最少并滿足磁通密度要求的電磁設(shè)計(jì)方案。根據(jù)電磁設(shè)計(jì)方案，以減少漏熱和保證超導(dǎo)勵(lì)磁繞組的可靠運(yùn)行為原則，對(duì)電流引線進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并計(jì)算出單根電流引線的漏熱參數(shù)。
　　本研究結(jié)合發(fā)電機(jī)

3、組的運(yùn)行特點(diǎn)和超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，通過(guò)理論分析和模擬仿真，研究了超導(dǎo)勵(lì)磁繞組在三相短路故障和風(fēng)速波動(dòng)兩種狀態(tài)下的穩(wěn)定性。三相短路故障后超導(dǎo)勵(lì)磁繞組的峰值電流低于超導(dǎo)帶材的臨界電流，但是短路引起的勵(lì)磁電流變化速率很快，可能會(huì)導(dǎo)致超導(dǎo)勵(lì)磁繞組失超。分析結(jié)果表明，風(fēng)速波動(dòng)會(huì)增大超導(dǎo)勵(lì)磁繞組的交流損耗，影響超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。為保證超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的可靠性，本文結(jié)合可調(diào)節(jié)輸出功率的制冷系統(tǒng)和高屏蔽率的屏蔽筒兩種措施來(lái)提高勵(lì)磁繞組的動(dòng)態(tài)

4、穩(wěn)定性。在對(duì)比研究不同制冷方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出符合勵(lì)磁繞組運(yùn)行要求的制冷系統(tǒng)。并采取新型結(jié)構(gòu)的力矩傳導(dǎo)筒、多層絕熱材料和半雙層輻射屏等多個(gè)措施降低制冷系統(tǒng)的熱負(fù)荷，從而提高超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的整體效率。根據(jù)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行了制冷機(jī)選型和氦氣流量參數(shù)計(jì)算。研究了超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的失超機(jī)理，然后對(duì)比不同失超檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇有源功率法和光纖測(cè)溫法相結(jié)合的方式進(jìn)行失超檢測(cè)。根據(jù)高溫超導(dǎo)帶材的性能特