[发明专利]超导电缆本体结构的快速优化方法

说明书

本发明公开了一种超导电缆本体结构的快速优化方法，涉及高电压与绝缘技术领域，用于解决现有需人工对电缆进行设计，耗时耗力的问题。本发明的方法包括：接收冷绝缘高温超导电缆的性能参数和结构参数；根据所述性能和结构参数，计算超导电缆本体结构参数的约束条件；根据所述性能和结构参数，计算导体层和屏蔽层的电流分布；根据所述电流分布计算结果、预设导体层和屏蔽层的均流原则及所述约束条件，通过粒子群算法计算所述超导电缆本体结构参数最优解。本发明通过粒子群算法完成对冷绝缘高温超导电缆本体结构参数的快速优化，无需人工参与优化设计。

技术领域

本发明涉及高电压与绝缘技术领域，尤其涉及一种超导电缆本体结构的快速优化方法。

背景技术

超导输电可以降低输送电压、简化电网结构，提高整体能效，是新型电力系统的组成部分之一，将为电网实现“3060”目标发挥重要作用。一条10kV的超导电缆的能量运输能力相当于一条110kV的传统电缆，而一条110kV的超导电缆的能量运输力相当于一条380kV的传统电缆。所以，设计出中高压的高温超导电缆具有重大现实意义。

高温超导电缆分为常温绝缘高温超导电缆和冷绝缘高温超导电缆。目前国内外投入实际运行的超导电缆示范项目通常以冷绝缘结构进行人工设计，设计高温超导电缆需要从本体结构入手，对结构参数进行合理的取值；常用的超导电缆结构形式有三种：由三根独立的导体构成的三相独立和三相一体的高温超导电缆以及三相导体共用一根骨架的三相同轴形式高温超导电缆，三相同轴形式也可以看作等效电路更复杂的独立导体结构。因此，不同形式的超导电缆都可以单相导体为基础进行设计。对于设计者来说，高温超导电缆的设计较为复杂，人工设计耗时耗力，亟需一种可以自动对高温超导电缆本体结构快速优化的方法。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供一种超导电缆本体结构的快速优化方法，其基于粒子算法，以快速有效地计算出冷绝缘高温超导电缆本体结构的优化参数。

为此，本发明采用以下技术方案实现：

一种超导电缆本体结构的快速优化方法，包括以下步骤：

接收冷绝缘高温超导电缆的性能参数和结构参数；

根据所述性能参数和结构参数，计算超导电缆本体结构参数的约束条件；

根据所述性能参数和结构参数，计算导体层和屏蔽层的电流分布；

根据所述电流分布计算结果、预设导体层和屏蔽层的均流原则及所述约束条件，通过粒子群算法计算所述超导电缆本体结构参数最优解。

具体地，所述性能参数包括电压等级、额定电流、短路电流及短路时间、热稳定系数、超导带材临界电流；所述结构参数包括超导电缆长度、超导电缆宽度、超导带材厚度、导体层和屏蔽层层数、内外半导电层厚度。

进一步地，根据所述性能和结构参数，计算超导电缆本体结构参数的约束条件，包括计算铜芯骨架半径约束范围、导体层和屏蔽层的超导带材根数及绝缘层厚度。

进一步地，计算铜芯骨架半径约束范围，包括：计算短路热稳定要求的铜芯骨架的最小截面积S_min，满足公式：其中，I_w为稳态短路电流有效值；t为在已达到允许最高持续工作温度的导体内短路电流持续作用时间；C为铜的热稳定系数；根据所述铜芯骨架的最小截面积计算最小半径r_min，满足公式：