高溫超導(dǎo)直流輸電技術(shù)探討.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)化社會(huì)，電力是社會(huì)生產(chǎn)、生活的重要支柱，是保證社會(huì)正常運(yùn)行的根本能源。電力系統(tǒng)由小到大，經(jīng)過(guò)低壓輸電到高壓輸電，直流輸電到交流輸電等若干技術(shù)變革，發(fā)展為現(xiàn)代的多機(jī)、大容量、交直流輸電相結(jié)合的復(fù)雜系統(tǒng)。但是，隨著系統(tǒng)的擴(kuò)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(zhǎng)距離的電力輸送，使系統(tǒng)出現(xiàn)難以克服的穩(wěn)定性問(wèn)題；在大城市，電能消費(fèi)密度不斷增長(zhǎng)，但送電通道越來(lái)越緊張，用常規(guī)技術(shù)已難以解決大城市高密度大容量送電問(wèn)題；目前的

2、輸電導(dǎo)體絕大多數(shù)使用的都是具有電阻的銅和鋁，作為導(dǎo)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(jìn)行重大的技術(shù)革新。由于超導(dǎo)體具有電阻為零和其他一些優(yōu)越特性，應(yīng)用超導(dǎo)技術(shù)，正是解決電力系統(tǒng)中上述困難的有效途徑。高溫超導(dǎo)電纜具有特大電流密度和超低輸電損耗等特點(diǎn)，是一種極具應(yīng)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(wú)毒等環(huán)保優(yōu)勢(shì)。
　　隨著高溫超導(dǎo)材料及相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，高溫超導(dǎo)

3、電纜逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H并網(wǎng)運(yùn)行，但是截至目前，實(shí)際并入電網(wǎng)的高溫超導(dǎo)電纜項(xiàng)目都是針對(duì)交流輸電的場(chǎng)合而研究和設(shè)計(jì)的。事實(shí)上，高溫超導(dǎo)材料的零電阻特性只有在直流應(yīng)用條件下才能滿足，而在交流應(yīng)用中，不可避免的存在交流損耗。而且相對(duì)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(jié)合高溫超導(dǎo)技術(shù)與直流輸電的優(yōu)勢(shì)，對(duì)高溫超導(dǎo)直流輸電系列問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究。
　　本文首先依據(jù)自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電纜模型，建立了高溫超導(dǎo)電

4、纜伏安特性測(cè)試系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)分別對(duì)鉍系（第一代Bi系）和釔系（第二代YBCO）高溫超導(dǎo)帶材在不同大小和方向的背景磁場(chǎng)下的臨界電流進(jìn)行測(cè)試，為電纜的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　然后以螺旋電流磁場(chǎng)分析和電流分布理論為基礎(chǔ)，建立超導(dǎo)電纜磁場(chǎng)計(jì)算的理論模型，計(jì)算高溫超導(dǎo)電纜的電磁參數(shù)，為高溫超導(dǎo)電纜的設(shè)計(jì)，制造和優(yōu)化提供基本參數(shù)。同時(shí)利用Ansoft/Maxwell建立電纜的仿真模型，分別對(duì)冷絕緣結(jié)構(gòu)電纜和熱絕緣結(jié)構(gòu)電纜

5、內(nèi)部及周圍的磁場(chǎng)分布進(jìn)行了仿真分析和計(jì)算，并進(jìn)行比較，在基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，得出利用具有較好磁場(chǎng)特性的YBCO高溫超導(dǎo)帶材設(shè)計(jì)冷絕緣結(jié)構(gòu)直流電纜更具優(yōu)勢(shì)的結(jié)論，同時(shí)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(dǎo)直流輸電系統(tǒng)方案，并應(yīng)用Matlab/Simulink建立了電流源型直流輸電系統(tǒng)，對(duì)超導(dǎo)輸電系統(tǒng)的的升壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程、小擾動(dòng)及降壓停運(yùn)過(guò)程、整流側(cè)直流線路接地故障、交流側(cè)單相接地故障、系統(tǒng)的交直流阻抗頻率特性進(jìn)