(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210637909.2 (22)申请日 2022.06.07 (71)申请人 国网上海市电力公司 地址 200122 上海市浦东 新区源深路1 122 号 申请人 上海交通大 学 (72)发明人 陈妍君　宗明　张宇俊　肖业凡　 李沁愉　陆慧丰　顾志铭　 (74)专利代理 机构 上海兆丰知识产权代理事务 所(有限合 伙) 31241 专利代理师 章蔚强 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) H01B 12/00(2006.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种基于超导电缆传输损耗的制冷系统优 化方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于超导电缆传输损耗 的制冷系统优化方法， 包括如下步骤： 步骤1， 搭 建三维电缆微观模型， 该模型为基于COMSOL有限 元仿真的超导电缆传输损耗计算模 型， 并采用周 期性边界条件 方法来计算电缆损耗； 步骤2， 在三 维电缆微观模型中对超导电缆的运行电流进行 参数化扫描仿真， 对不同工况下的超导电缆传输 损耗进行计算， 构建超导电缆传输损耗数据库， 导入至MAT LAB中进行拟合计算； 步骤3， 搭建电力 系统宏观模 型， 模拟超导电缆在正常运行状态下 与故障运行状态下的超导性能变化。 本发明能够 对超导电缆在不同工况 下的电热情况进行仿真。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115048833 A 2022.09.13 CN 115048833 A 1.一种基于超导电缆传输损耗的制冷系统优化方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1， 搭建三维电缆微观模型， 该模型为基于COMS OL有限元仿真的超导电缆传输损耗 计算模型， 并采用 周期性边界条件方法来计算电缆损耗； 步骤2， 在三维电缆微观模型中对超导电缆的运行电流进行参数化扫描仿真， 对不同工 况下的超导电缆传输损耗进行计算， 构建超导电缆传输损耗数据库， 导入至MATLAB中进行 拟合计算； 步骤3， 搭建电力系统宏观模型， 模拟超导电缆在正常运行状态下与故障运行状态下的 超导性能变化。 2.根据权利要求1所述的一种基于超导电缆传输损耗的制冷系统优化方法， 其特征在 于， 步骤2中对不同工况下的超导电缆传输损耗进 行计算， 构建超导电缆传输损耗数据库的 具体方法为， 通过改变超导电缆运行电流模拟其在不同工况下的传输损耗， 将数据拟合成 损耗与运行电流相关的计算公式， 从而 进行超导电缆传输损耗数据库构建。 3.根据权利要求1所述的一种基于超导电缆传输损耗的制冷系统优化方法， 其特征在 于， 步骤3中所述电力系统宏观模型在MATLAB 或Simulink仿真软件中搭建， 包括220kV电源 侧， 220/110/35kV三绕组变压器， 超导电缆 等效电路模块， 负荷， 故障模块。 4.根据权利要求1所述的一种基于超导电缆传输损耗的制冷系统优化方法， 其特征在 于， 搭建电力系统宏观模型 的三维电缆微观模型简化为一维传热， 采用的是非等温管道流 物理场， 将超导电缆的传输损耗、 电缆接头损耗、 绝热管漏热损耗， 液氮的流速与压力等作 为输入变量， 得到超导电缆 温度沿轴向上的分布情况， 并提取出最高温度数据， 将其传输至 电力系统模型中， 作为超导电缆在各个仿真时间步长上的温度。 5.根据权利要求1所述的一种基于超导电缆传输损耗的制冷系统优化方法， 其特征在 于， 基于COMSOL有限元仿真 的超导电缆传输损耗计算模型， 其超导电缆为三相统包式超导 电缆， 各相导体结构从内到外的结构包括中心铜 骨架、 导体层、 PPLP绝缘层、 超导屏蔽层、 铜 屏蔽层、 液氮通道以及真空绝热管和保护套， 在超导电缆导体层与超导屏蔽层的等效电路 模型中， 铜稳定层与YBC O超导层为并联运行， 在导体层两端并联了铜电阻， 在超导屏蔽层两 端并联了铜电阻。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115048833 A 2一种基于超导电缆传输 损耗的制冷系统优化方 法 技术领域 [0001]本发明涉及一种用于超导电缆领域的基于超导电缆传输损耗的制冷系统优化方 法。 背景技术 [0002]近年来， 超导材料由于其优越的功率传输特性， 促使超导电缆的商业化应用成为 了研究热点。 但是相比于传统的输电电缆， 高温超导电缆的建设与安装成本几乎高于传统 电缆的三倍， 其中制冷系统的成本是制约其经济效益提升的主要因素。 当超导材料传输交 流电或者处于交变磁场的环境下， 超导材料就会产生交流损耗。 在高温超导电缆正常运行 过程中， 其交流损耗的主要来源是给超导体通以变电流而产生的传输损耗。 而该传输损耗 也是制冷机的主要热负荷来源。 因此， 高温超导电缆制冷系统的优化需要从对其传输损耗 的计算进行研究。 [0003]由于高温超导电缆制冷系统的功耗一方面包括对热负荷 不敏感的设备， 通常指冷 泵、 水冷机组等设备； 另一方面包括对 热负荷敏感的设备， 通常指主制冷机。 因此， 制冷系统 的功耗主要受到超导电缆的传输损耗大小的影响。 设计一种基于超导电缆传输损耗的制冷 系统优化方法具有较大的意义。 良好的超导电缆制冷系统是保证超导材料在正常运行状态 下和故障运行状态下的性能稳定的一个重要因素。 由于目前业界对于超导电缆在各种工况 下的温度场仿 真计算， 并未考虑正常状态下的传输损耗以及超导电缆内部温升沿着轴向上 的变化， 无法实现制冷系统在不同工况下 的能耗分配问题， 导致超导电缆制冷系统的成本 无法缩减。 [0004]文献“Safety Verification  of a 275‑kV HTS Cable System Under Short‑ Circuit Current Accident s[J],IEEE  Transactions  on Applied Superconductivit y, 28.4(2018),1 ‑5.”于2018年提出了一套用于计算超导电缆内部液氮温度沿着电缆长度方 向上的算法。 对于液氮的温度计算以及压力计算采用了偏微分方程进行理论分析。 并采用 有限差分法， 将其转化为一套仿真代码， 模拟了在正常运行状态下考虑交流损耗与不考虑 交流损耗的温度分布情况。 与此同时， 模拟了在故障情况下超导电缆中不同组件的温度随 着时间的变化。 此文献着重在于用解析法对超导电缆内部的温度分布进行计算， 因此会带 来的问题是编程较难， 且计算量较大； ： 此文献在 模拟正常运行状态下的超导电缆温度场分 布情况时， 输入的损耗 为恒定值,无法模拟超导电缆实时损耗数据。 发明内容 [0005]本发明的目的是为了克服现有技术的不足， 提供一种基于超导电缆传输损耗的制 冷系统优化方法， 能够对 超导电缆在不同工况 下的电热情况进行仿真。 [0006]实现上述目的的一种技术方案是： 一种基于超导电缆传输损耗的制冷系统优化方 法， 包括如下步骤： [0007]步骤1， 搭建三维电缆微观模型， 该模型为基于COMSOL有限元仿真的超导电缆传输说　明　书 1/4 页 3 CN 115048833 A 3