[发明专利]一种二代高温超导带材的失超电阻仿真预测方法和系统

说明书

本发明公开了一种二代高温超导带材的失超电阻仿真预测方法，属于超导材料技术领域。本发明包括以下步骤：(1)对超导带材进行交流冲击或直流冲击实验，测量超导带材在失超过程中的电压和电流，推导得到超导带材在失超过程中电阻R和累积焦耳热Q的对应关系R～Q；(2)通过数学模型计算失超过程中产生的焦耳热Q_n(3)由Q_n查询R～Q，得到下一时刻的失超电阻R_in，设n＝n+1，R_n＝R_in，重复执行步骤(2)～(3)，直至计算得到超导带材所有时刻的失超电阻。本发明还实现了一种二代高温超导带材的失超电阻仿真预测系统。本发明对于超导带材的失超电阻仿真计算精度高，计算速度快，易于融入电力仿真系统进行宏观模拟。

技术领域

本发明属于超导电工技术领域，更具体地，涉及一种二代高温超导带材的失超电阻仿真预测方法。

背景技术

短路故障电流过大已成为目前世界上很多国家输、配电网迫切需要解决的问题。随着电力系统的迅速发展，断路器的遮断容量将与实际需求差距更大，无法满足直流电网建设的需要。新能源的随机性进一步增加了电网的不稳定性，而随着电网系统间互联程度逐渐提高，电网短路阻抗逐渐减小，故障电流的水平逐渐增加，往往会达到额定电流的数十倍。而限流器可以降低直流断路器的开断电流水平，减小短路电流的同时提高了断路器动作的可靠性。其中电阻型超导限流器利用带材的失超特性进行电力系统故障保护，在正常工况下损耗极小，故障发生后迅速失超限流，在电力系统的交直流保护中具有广阔的应用前景，目前国内外均围绕电阻型限流器开展了大量的研究，并将进行了相应的示范工程。

然而，失超电阻作为电阻型超导限流器的关键性能指标，它的设计与取值将显著影响着电阻型超导限流器的限流器效果。然而电阻型超导限流器的失超电阻并不是固定电阻，而是受电流、时间、温度影响的非线性电阻。因此在系统的暂态过程中，如何准确预测和评估电阻型限流器的失超电阻并进行合理的取值至关重要。目前已有不少针对于超导带材的失超电阻计算和仿真方法。其中，常用有限元软件对超导带材进行二维和三维的多物理场耦合计算，其仿真精度高，但计算量大、计算时间长，很难与电力系统仿真软件进行联合仿真，而且该种方法更适用于从微观角度评估超导带材本体的失超电阻并研究其失超机理，不适用于从系统层面对大规模限流器的失超电阻进行预测和评估。而目前在系统仿真中经常采用失超电阻关于电流-时间的分段指数方程来进行限流器的失超电阻的宏观模拟，其仿真精度不高，不能准确预测失超电阻变化趋势。因此，需要基于超导带材的失超规律，寻找一种快速预测和评估在大电流冲击下的超导带材失超电阻的方法，在保证计算精度的同时，满足小规模带材级别以及大规模限流器级别失超电阻的快速计算，为电阻型限流器的设计和系统暂态仿真提供可靠依据。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种二代高温超导带材的失超电阻仿真预测方法，其目的在于通过对超导带材进行失超实验，获取超导带材在失超过程中失超电阻和焦耳热的对应关系，基于该对应关系，制定出一种适用于评估超导带材在大电流冲击下失超电阻的计算方法，由此解决现有失超电阻仿真计算方法中能精确计算的计算量大，能快速计算的计算精度不够的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种二代高温超导带材的失超电阻仿真预测方法，所述方法具体包括以下步骤：

所述方法包括以下步骤：

(1)对取样超导带材进行交流冲击或直流冲击实验，测量超导带材在失超过程中的电压和电流，推导得到超导带材在失超过程中电阻R和累积焦耳热Q的对应关系R～Q；

(2)若待预测超导带材失超，则随时间变化的累积的焦耳热Q_n为：

Q_n＝Q_(n-1)+I_n²R_nΔt