《新型高溫超導可控電抗器的理論探索及套用基礎研究》是依託華中科技大學，由唐躍進擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型高溫超導可控電抗器的理論探索及套用基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：唐躍進
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
可控電抗器是在電力系統中廣泛套用的無功補償裝置，對改善輸電系統的穩定性、提高輸電能力、控制系統過電壓有顯著作用。本申請擬研究一種新型高溫超導可控電抗器的技術可行性及關鍵技術。在該可控電抗器中，控制鐵芯飽和度的超導控制繞組和交流工作繞組的磁通呈正交布局，這種布局與傳統的控制繞組和工作繞組呈現磁通串聯式耦合的可控電抗器相比，可顯著減弱工作繞組與控制繞組的電磁感應，從而降低超導繞組的交流損耗，減小動態過程中的感應電壓，更充分地發揮超導繞組的技術性能。項目將研究正交磁通作用下鐵心的飽和特性，控制繞組和工作繞組之間的相互作用以及電感的動態輸出特性等基礎問題；研究電感控制策略，超導繞組的結構、冷卻、以及多物理場耦合的最佳化設計方法等關鍵技術，並在最佳化設計的基礎上試製實驗室規模的單相樣機進行實驗驗證，為發展實用超導可控電抗器奠定理論基礎、提供支撐技術，提高超導可控電抗器的工程化套用價值。
結題摘要
可控電抗器是重要的無功補償裝置，在電力系統中套用廣泛。隨著對電能質量要求的提高，迫切需要研發控制靈活、諧波含量低、調節平滑連續、損耗小的新型可控電抗器。超導體具有零電阻、高載流能力的特性，將超導技術套用於可控電抗器，可提高可控電抗器的勵磁穩定性，降低繞組損耗，減小整體體積。本項目提出了一種新型高溫超導可控電抗器，論證了其結構和原理，分析了電抗特性和勵磁繞組運行狀態，研究了多場耦合分析及綜合最佳化設計方法，通過小型樣機測試和110kV/30Mvar樣機設計進行了實驗驗證與設計實踐。本項目完成的主要工作和取得的成果如下：（1）在充分調研和深入分析傳統可控電抗器存在問題的基礎上，提出了一種新型高溫超導可控電抗器；建立了該型電抗器的解析模型，利用鬆弛疊代法實現了其快速求解；理論分析和實驗測試了其電抗輸出特性，結果表明該型超導可控電抗器穩態勵磁繞組損耗低，勵磁繞組感應電壓小，諧波含量低，且電抗值穩定。（2）針對正交鐵心的結構特點，建模分析了鐵心各向異性磁化特性、磁滯效應對電抗輸出及動態回響特性的影響；針對含鐵心超導磁體交流損耗求解速度慢的問題，提出了三種交流損耗計算方法；針對該電抗器鐵心的三維不對稱結構，提出了多截面分離計算法，完成了電抗器超導繞組的交流損耗評估。（3）本項目提出了基於鐵心正交各向異性的電磁力分析方法、基於動態電磁熱耦合的運行狀態分析方法和基於動態電感矩陣的狀態回響分析方法，實現了電抗器多物理場耦合分析；提出了非線性鐵磁材料頻域下回響特性的分析方法，形成了超導電抗器本體參數最佳化-超導繞組設計-運行特性校核的綜合最佳化設計方法。（4）為驗證該型電抗器在電力網路中的套用，完成了110kV/30Mvar的超導可控電抗器樣機電磁設計、低溫設計和支撐結構設計，分析了電抗輸出特性和動態過程的力熱穩定性；實現了非線性系統元件封裝，並在系統仿真中對無功補償效果、磁體回響狀態進行了驗證。
