高温超导技术系列丛书高温超导电缆与输电

目录
前言
第1章 智能电网和能源互联网与超导输电技术 1
1.1 现代电力系统概述 1
1.2 智能电网 3
1.2.1 基本概念 3
1.2.2 发展动态 4
1.3 能源互联网 7
1.3.1 基本概念 7
1.3.2 关键技术 10
1.3.3 发展动态 12
1.4 未来的电网与能源互联网 13
1.4.1 电网的发展趋势 13
1.4.2 电网面临的挑战 15
1.5 未来的超导电力应用技术 17
1.5.1 超导电力应用技术 17
1.5.2 超导输电的发展规划 18
1.6 超导电力系统应用的能效分析 21
1.6.1 电力系统能耗与排放现状 22
1.6.2 电力系统的节能减排 24
1.6.3 超导电力应用的效益分析 25
1.6.4 超导电力应用的技术挑战 33
参考文献 35
第2章 超导电缆的基本结构与原理 36
2.1 超导电缆的原理结构及其分类 36
2.1.1 基本结构 36
2.1.2 分类与功能 36
2.2 超导电缆的基本设计原理 38
2.2.1 骨架设计 38
2.2.2 导电层设计 40
2.2.3 绝缘层设计 46
2.2.4 本体恒温器设计 48
2.2.5 电缆屏蔽层设计 50
2.3 高温超导交流与直流电缆 51
2.4 超导电缆的基本应用模式和分析模型基础 56
2.4.1 超导电缆的主要结构和工作原理 56
2.4.2 超导电缆的典型结构及特点 59
2.4.3 超导电缆的分析模型与实用技术基础 61
参考文献 68
第3章 超导电缆的装置技术与工程示范 70
3.1 超导体与超导电缆概述 70
3.1.1 传统超导体与超导电缆概述 70
3.1.2 高温超导体与高温超导电缆概述 73
3.2 大电流复合超导电缆导线 75
3.2.1 复合导线基本结构 75
3.2.2 连续换位复合导线 77
3.2.3 扭曲堆叠带复合导线 78
3.2.4 准各向同性复合导线 79
3.3 超导电缆终端装置 80
3.3.1 超导电缆终端主体设计 80
3.3.2 超导电缆终端绝缘处理 83
3.3.3 超导电缆绝缘材料 85
3.4 超导电缆制冷系统 92
3.4.1 低温制冷机简介 92
3.4.2 典型电缆制冷装置 94
3.5 典型示范装置与应用 97
3.5.1 超导交流电缆系统实例 99
3.5.2 超导直流电缆系统实例 104
参考文献 108
第4章 超导电缆特性的理论模型与损耗分析 111
4.1 超导体的基本应用参数与特性 111
4.1.1 超导体的临界参数及应用特征 111
4.1.2 基本电磁特征与电磁计算分析模型 113
4.2 实用超导材料的基本特性 115
4.2.1 液氮温度下的经验公式 115
4.2.2 任意温度下的经验公式 117
4.3 超导体的交流损耗 118
4.3.1 损耗机理及分类 118
4.3.2 磁滞损耗 119
4.3.3 磁通流动损耗 130
4.3.4 耦合损耗 132
4.3.5 涡流损耗 134
4.3.6 实用高温超导材料的交流损耗 135
4.4 超导电缆导体特性的实验分析 138
4.4.1 超导导电层相互作用对电流分布的影响 138
4.4.2 基于 Preisach模型的超导电缆超导导电层电磁特性分析 138
4.4.3 高温超导电缆多层导体结构参数优化 142
4.4.4 考虑铁磁片及带材排列的临界电流分析 144
4.4.5 考虑电缆结构参数优化的交流损耗分析 153
4.4.6 考虑窄涂层导体参数优化的交流损耗分析 157
4.5 超导电缆的系统损耗 161
4.5.1 超导交流电缆的系统损耗 161
4.5.2 超导直流电缆的系统损耗 163
参考文献 167
第5章 超导电缆系统的运行仿真分析基础原理 169
5.1 超导电缆系统的仿真分析 169
5.1.1 电路模型 169
5.1.2 仿真分析 170
5.2 基于电网标准的仿真分析 180
5.2.1 稳态性能分析 182
5.2.2 动态性能分析 185
5.3 超导电缆的故障运行仿真 189
5.3.1 热分析模型 189
5.3.2 性能仿真分析 191
5.4 自触发限流型超导电缆的故障运行仿真 195
5.4.1 超导限流电缆 195
5.4.2 超导平波限流电抗器 200
参考文献 205
第6章 超导电缆与液氢复合能源传输 207
6.1 超导复合能源传输系统简介 207
6.2 液氢-液氧-液氮-超导直流电缆复合能源传输系统 209
6.2.1 基本结构与工作原理 209
6.2.2 系统控制与性能分析 212
6.3 多源复合型超导微电网系统及其能量管理方法 214
6.3.1 基本结构与工作原理 214
6.3.2 能量管理与性能分析 216
6.4 液氢冷却的高温超导电缆设计与性能评估 218
6.4.1 超级电缆概念原理 218
6.4.2 吉瓦级液氢-超导电缆复合能源管道概念设计 220
6.4.3 兆瓦级液氢-超导电缆复合能源管道示范装置 225
参考文献 231
第7章 超导电缆与液化天然气的复合能源传输 233
7.1 液化天然气-高温超导电缆复合能源传输简介 233
7.2 液化天然气 /深冷混合工质-高温超导电缆复合能源传输系统架构 234
7.3 基本型液化天然气-高温超导电缆复合能源传输系统概念设计 237
7.3.1 基本结构与工作原理 237
7.3.2 概念设计与性能评估 239
7.3.3 实际应用与节能潜力 243
7.4 液氮保护型液化页岩气-高温超导电缆复合能源传输系统概念设计 245
7.4.1 基本结构与工作原理 245
7.4.2 大容量复合能源传输管道结构设计方法 248
7.4.3 低成本复合能源传输管道结构设计方法 253
参考文献 257
第8章 超导输电-限流-储能的复合应用 258
8.1 超导多功能复合输电技术与应用 258
8.2 复合应用系统构架及原理 258
8.2.1 基本结构与工作原理 258
8.2.2 系统能量交互策略 260
8.3 复合应用系统的能量交互建模 263
8.3.1 超导直流电缆建模 263
8.3.2 超导磁储能系统建模 264
8.3.3 超导磁储能-超导直流电缆复合系统建模 265
8.4 微电网功率波动情况下的能量交互仿真分析 267
8.4.1 电源功率波动时的能量交互效果分析 267
8.4.2 负载功率波动时的能量交互效果分析 272
8.5 微电网短路故障情况下的限流效果仿真分析 279
8.5.1 超导直流电缆的限流效果分析 279
8.5.2 超导磁储能-超导直流电缆复合限流效果分析 282
8.6 超导电缆-磁储能复合系统的智能电网应用探讨 285
8.6.1 智能电网应用构架及原理 285
8.6.2 智能局域电网概念设计 289
8.6.3 智能电网用超导磁储能磁体概念设计 291
8.7 智能电网综合能量交互仿真分析 293
8.7.1 发电侧的日负载均衡 293
8.7.2 输电侧的负载波动补偿 295
8.7.3 配电侧的电压波动补偿 296
8.7.4 用电侧的电压波动补偿 298
参考文献 299