本发明专利技术公开了一种大容量超导储能磁体的参数仿真方法及装置，所述方法包括：构建关于超导储能磁体的线圈结构的几何模型，所述几何模型是按照超导储能磁体的储能量需求和线圈结构的搭建；基于几何模型分别构建受力数据库和电磁分析模型，受力数据库包含所述几何模型对应的超导储能磁体在不同线圈尺寸或不同材质下的应力数据；利用受力数据库的应力数据为约束条件，按照约束条件对电磁分析模型进行仿真得到超导储能磁体的磁体参数。本发明专利技术可以构建关于超导储能磁体的线圈结构的受力数据库和电磁分析模型，利用受力数据库的应力数据为约束条件，按照约束条件对电磁分析模型进行仿真得到超导储能磁体的磁体参数，以大大提升仿真结果的安全性。真结果的安全性。真结果的安全性。
【技术实现步骤摘要】
一种大容量超导储能磁体的参数仿真方法及装置
[0001]本专利技术涉及器件仿真模拟的
，尤其涉及一种大容量超导储能磁体的参数仿真方法及装置。
技术介绍
[0002]随着超导储能技术的进步，超导储能磁体的储能量已经突破MJ级。大容量的超导磁体在使用过程中需要承受强大的热应力和电磁应力，力学问题成为磁体失超中突出问题，严重影响超导储能磁体的稳定运行。
[0003]为了磁体设计方案准确性，需要预先对超导储能磁体进行仿真模拟，以确定设计的超导储能装置是否可以安全可靠运行。其中一种常用的仿真模拟方法是利用超导储能磁体的线圈结构构建电磁计算模型，然后在电磁计算模型中设置超导储能磁体的几何参数和变量，再进行仿真模拟。但上述方法有如下技术问题：现有方法未充分考虑应力对超导磁体尺寸与结构设计的影响，因此需要一种大容量超导储能磁体优化设计方法，促进超导磁体设计规避潜在损坏风险、提升磁体工作寿命。
技术实现思路
[0004]本专利技术提出一种大容量超导储能磁体的参数仿真方法及装置，所述方法可以根据超导线圈的结构构建线圈的电磁分析模型以及线圈在不同尺寸下受力的数据库，以受力数据库的受力为约束条件对电磁分析模型进行仿真模拟，以提升仿真的准确率。
[0005]本专利技术实施例的第一方面提供了一种大容量超导储能磁体的参数仿真方法，所述方法包括：
[0006]构建关于超导储能磁体的线圈结构的几何模型，所述几何模型是按照超导储能磁体的储能量需求和线圈结构的搭建；
[0007]基于所述几何模型分别构建受力数据库和电磁分析模型，所述受力数据库包含所述几何模型对应的超导储能磁体在不同线圈尺寸或不同材质下的应力数据；
[0008]利用所述受力数据库的应力数据为约束条件，按照所述约束条件对所述电磁分析模型进行仿真得到超导储能磁体的磁体参数。
[0009]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述受力数据库的构建操作，包括：
[0010]在所述几何模型中设置支撑结构形成固体力学模型，所述支撑结构是线圈支撑材料在超导储能磁体的结构；
[0011]对所述固体力学模型进行应力分析计算得到应力数据，利用所述应力数据生成受力数据库，所述应力数据包括：热应力和电磁应力。
[0012]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述热应力的计算如下式所示：
[0013]{σ
s
}＝[D]{ε
s
‑
ε
th
}；
[0014]上式，σ
s
为单位体积上的热应力，[D]为应力应变矩阵，ε
s
为总应变，ε
th
为热应变；
[0015]热应变ε
th
的计算如下式所示：
[0016]ε
th
＝a
se
(T)(T
‑
T
ref
)；
[0017][0018]上式中，a
se
(T)为材料热膨胀系数，α为材料的热膨胀正割系数，α
t
为材料的热膨胀正切系数，T为线圈的实际温度，T
ref
为参考温度。
[0019]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电磁应力的计算如下式所示：
[0020]σ
s
＝ΔF
i
/ΔS
i
；
[0021]上式中，ΔF
i
为单元在i方向上所受的力，ΔSi表示单元在i方向上的受力面积；
[0022]ΔF
i
的计算如下式所示：
[0023]F＝J
×
B
[0024]其中，J为电流密度，B为磁感应强度。
[0025]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电磁分析模型的构建操作，包括：
[0026]在所述几何模型的线圈所在处添加扇形空气域，并调整所述扇形空气域的左右边界，形成调整模型；
[0027]利用所述调整模型模拟出磁体电磁环境形成电磁分析模型。
[0028]在第一方面的一种可能的实现方式中，在所述利用所述调整模型模拟出磁体电磁环境形成电磁分析模型的步骤后，所述方法还包括：
[0029]分别计算所述电磁分析模型的超导储能磁体的磁场参数，所述磁场参数包括：最大垂直磁场、磁体电感、储能总量。
[0030]其中，所述磁体电感L的计算如下式所示：
[0031][0032]上式中，B是超导磁体磁感应强度，H是超导磁体磁场强度，I
op
是工作电流；
[0033]储能总量W的计算如下式所示：
[0034][0035]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述按照所述约束条件对所述电磁分析模型进行仿真得到超导储能磁体的磁体参数，包括：
[0036]利用COMSOL程序与MATLAB程序对所述电磁分析模型进行仿真电磁计算，得到仿真结果；
[0037]若所述仿真结果满足所述约束条件，且所述仿真结果的数值在所述受力数据库的数值范围内，则输出仿真结果为磁体参数；
[0038]反之，则利用遗传算法对所述仿真结果进行优化得到磁体参数。
[0039]本专利技术实施例的第二方面提供了一种大容量超导储能磁体的参数仿真装置，所述装置包括：
[0040]构建模型模块，用于构建关于超导储能磁体的线圈结构的几何模型，所述几何模型是按照超导储能磁体的储能量需求和线圈结构的搭建；
[0041]构建数据库与模型模块，用于基于所述几何模型分别构建受力数据库和电磁分析
模型，所述受力数据库包含所述几何模型对应的超导储能磁体在不同线圈尺寸或不同材质下的应力数据；
[0042]参数仿真模块，用于利用所述受力数据库的应力数据为约束条件，按照所述约束条件对所述电磁分析模型进行仿真得到超导储能磁体的磁体参数。
[0043]相比于现有技术，本专利技术实施例提供的一种大容量超导储能磁体的参数仿真方法及装置，其有益效果在于：本专利技术可以构建关于超导储能磁体的线圈结构的几何模型，基于几何模型分别构建受力数据库和电磁分析模型，利用受力数据库的应力数据为约束条件，按照约束条件对电磁分析模型进行仿真得到超导储能磁体的磁体参数。不但能实现大容量磁体模拟，而且结合不同结构的不同尺寸进行仿真，使仿真结果更贴合与实际应用需求，并大大提升仿真的准确率。
附图说明
[0044]图1是本专利技术一实施例提供的一种大容量超导储能磁体的参数仿真方法的流程示意图；
[0045]图2是本专利技术一实施例提供的利用遗传算法优化仿真的操作流程图；
[0046]图3是本专利技术一实施例提供的一种大容量超导储能磁体的参数仿真方法的操作流程图；
[0047]图4是本专利技术一实施例提供的一种大容量超导储能磁体的参数仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
[0048]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大容量超导储能磁体的参数仿真方法，其特征在于，所述方法包括：构建关于超导储能磁体的线圈结构的几何模型，所述几何模型是按照超导储能磁体的储能量需求和线圈结构的搭建；基于所述几何模型分别构建受力数据库和电磁分析模型，所述受力数据库包含所述几何模型对应的超导储能磁体在不同线圈尺寸或不同材质下的应力数据；利用所述受力数据库的应力数据为约束条件，按照所述约束条件对所述电磁分析模型进行仿真得到超导储能磁体的磁体参数。2.根据权利要求1所述的大容量超导储能磁体的参数仿真方法，其特征在于，所述受力数据库的构建操作，包括：在所述几何模型中设置支撑结构形成固体力学模型，所述支撑结构是线圈支撑材料在超导储能磁体的结构；对所述固体力学模型进行应力分析计算得到应力数据，利用所述应力数据生成受力数据库，所述应力数据包括：热应力和电磁应力。3.根据权利要求2所述的大容量超导储能磁体的参数仿真方法，其特征在于，所述热应力的计算如下式所示：{σ
s
}＝[D]{ε
s
‑
ε
th
}；上式，σ
s
为单位体积上的热应力，[D]为应力应变矩阵，ε
s
为总应变，ε
th
为热应变；热应变ε
th
的计算如下式所示：ε
th
＝a
se
(T)(T
‑
T
ref
)；上式中，a
se
(T)为材料热膨胀系数，α为材料的热膨胀正割系数，α
t
为材料的热膨胀正切系数，T为线圈的实际温度，T
ref
为参考温度。4.根据权利要求2所述的大容量超导储能磁体的参数仿真方法，其特征在于，所述电磁应力的计算如下式所示：σ
s
＝ΔF
i
/ΔS
i
；上式中，ΔF
i
为单元在i方向上所受的力，ΔSi表示单元在i方向上的受力面积；ΔF
i
的计算如下式所示：F＝J
×
B；其中，J为电流密度，B为磁感应强度。5.根据权利要求1所述的大容量...
【专利技术属性】
技术研发人员：李力，宋萌，范亚洲，彭向阳，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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