大容量高温超导储能磁体的制冷机优化配置方法及系统

1.一种大容量高温超导储能磁体的制冷机优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：根据超导储能磁体的磁场数据和磁体电流数据，得到超导磁体动态损耗总量；根据超导储能磁体的温度数据、表面发射率以及磁体材料属性，采用场路耦合方法计算得到超导磁体总热负荷；基于所述超导磁体动态损耗总量和所述超导磁体总热负荷，构建超导储能磁体的集总热模型；以制冷设备总成本、磁体温升和温度恢复时间为优化目标，结合所述集总热模型，采用多目标优化算法建立制冷优化配置模型；求解所述制冷优化配置模型，获取制冷设备的最优配置方案；所述根据超导储能磁体的温度数据、表面发射率以及磁体材料属性，采用场路耦合方法计算得到超导磁体总热负荷的步骤包括：根据超导储能磁体的温度分布和热导率，利用热传导方程计算得到超导储能磁体的传导热负荷；根据超导储能磁体的表面发射率、环境温度以及磁体表面积的几何结构，通过有限元模型与场路耦合方法构建等效辐射热路模型；根据所述等效辐射热路模型，计算得到超导储能磁体的辐射热负荷；将超导储能磁体的传导热负荷和辐射热负荷相加，得到超导磁体总热负荷；所述基于所述超导磁体动态损耗总量和所述超导磁体总热负荷，构建超导储能磁体的集总热模型的步骤包括：根据超导储能磁体的几何结构参数和材料属性参数，利用有限元分析方法建立超导储能磁体的三维有限元模型；将所述超导磁体动态损耗总量和所述超导磁体总热负荷作为热源输入，利用三维有限元模型模拟超导储能磁体在热源作用下的热传导和辐射过程，得到超导储能磁体的温度分布和热流密度分布；将超导储能磁体的温度分布和热流密度分布与所述等效辐射热路模型进行耦合，构建得到超导储能磁体的集总热模型。 2.如权利要求1所述的一种大容量高温超导储能磁体的制冷机优化配置方法，其特征在于，所述根据超导储能磁体的磁场数据和磁体电流数据，得到超导磁体动态损耗总量的步骤包括：根据超导储能磁体的电流动态变化特性和磁场数据，得到超导储能磁体在交流磁场下产生的交流损耗功率；根据磁体导冷板的材料属性和电流数据，得到磁体导冷板在磁场变化下产生的总涡流损耗功率；将所述交流损耗功率和所述总涡流损耗功率相加，得到超导磁体动态损耗总量。 3.如权利要求2所述的一种大容量高温超导储能磁体的制冷机优化配置方法，其特征在于，所述根据超导储能磁体的电流动态变化特性和磁场数据，得到超导储能磁体在交流磁场下产生的交流损耗功率的步骤包括：根据超导储能磁体的磁场平行分量幅值以及工作电流幅值，计算得到平行磁场分量产生的交流损耗；根据超导磁体的磁场垂直分量幅值以及超导薄板宽厚度，计算得到垂直磁场分量产生的交流损耗；将平行磁场分量产生的交流损耗和垂直磁场分量产生的交流损耗相加，得到单个周期内的超导磁体总交流损耗密度；根据所述超导磁体总交流损耗密度以及超导储能磁体体积，计算得到超导储能磁体在单位体积内的交流损耗功率。 4.如权利要求2所述的一种大容量高温超导储能磁体的制冷机优化配置方法，其特征在于，所述根据磁体导冷板的材料属性和电流数据，得到磁体导冷板在磁场变化下产生的总涡流损耗功率的步骤包括：根据超导储能磁体中的正弦磁场幅值以及磁体导冷板的材料属性，计算得到单个磁体导冷板在正弦变化磁场中产生的涡流损耗功率；将各个磁体导冷板在磁场变化下产生的涡流损耗功率相加，得到磁体系统中所有磁体导冷板的总涡流损耗功率。 5.如权利要求1所述的一种大容量高温超导储能磁体的制冷机优化配置方法，其特征在于，所述以制冷设备总成本、磁体温升和温度恢复时间为优化目标，结合所述集总热模型，采用多目标优化算法建立制冷优化配置模型的步骤包括：根据超导储能磁体的集总热模型，确定超导储能磁体在不同运行条件下的热耗散量和温度动态变化量；根据超导储能磁体在不同运行条件下的热耗散量和温度动态变化量，以制冷设备总成本、磁体温升和温度恢复时间为优化目标，构建优化目标函数；根据所述优化目标函数和预先设置的制冷机运行约束条件构建多目标优化算法的数学模型，得到制冷优化配置模型。 6.如权利要求5所述的一种大容量高温超导储能磁体的制冷机优化配置方法，其特征在于，所述求解所述制冷优化配置模型，获取制冷设备的最优配置方案的步骤包括：确定多目标优化算法的优化变量，并将所述优化变量输入到NSGA-II算法中进行种群初始化和遗传迭代；在NSGA-II算法的迭代过程中，利用所述制冷优化配置模型计算每个个体的优化目标函数值，得到Pareto最优解集；采用梯度一阶算法对所述Pareto最优解集中的每个解进行二次优化，并在二次优化过程中，以制冷设备总成本作为优化目标，并将磁体温升和温度恢复时间转化为约束条件，得到二次优化解集；根据所述二次优化解集，获取制冷设备的最优配置方案。 7.如权利要求6所述的一种大容量高温超导储能磁体的制冷机优化配置方法，其特征在于：所述优化变量包括超导储能磁体目标温度和中间冷屏目标温度。 8.一种大容量高温超导储能磁体的制冷机优化配置系统，其特征在于，所述系统包括：动态损耗分析模块，用于根据超导储能磁体的磁场数据和磁体电流数据，得到超导磁体动态损耗总量；热负荷分析模块，用于根据超导储能磁体的温度数据、表面发射率以及磁体材料属性，采用场路耦合方法计算得到超导磁体总热负荷；热源耦合构建模块，用于基于所述超导磁体动态损耗总量和所述超导磁体总热负荷，构建超导储能磁体的集总热模型；优化模型构建模块，用于以制冷设备总成本、磁体温升和温度恢复时间为优化目标，结合所述集总热模型，采用多目标优化算法建立制冷优化配置模型；优化模型求解模块，用于求解所述制冷优化配置模型，获取制冷设备的最优配置方案；所述根据超导储能磁体的温度数据、表面发射率以及磁体材料属性，采用场路耦合方法计算得到超导磁体总热负荷的步骤包括：根据超导储能磁体的温度分布和热导率，利用热传导方程计算得到超导储能磁体的传导热负荷；根据超导储能磁体的表面发射率、环境温度以及磁体表面积的几何结构，通过有限元模型与场路耦合方法构建等效辐射热路模型；根据所述等效辐射热路模型，计算得到超导储能磁体的辐射热负荷；将超导储能磁体的传导热负荷和辐射热负荷相加，得到超导磁体总热负荷；所述基于所述超导磁体动态损耗总量和所述超导磁体总热负荷，构建超导储能磁体的集总热模型的步骤包括：根据超导储能磁体的几何结构参数和材料属性参数，利用有限元分析方法建立超导储能磁体的三维有限元模型；将所述超导磁体动态损耗总量和所述超导磁体总热负荷作为热源输入，利用三维有限元模型模拟超导储能磁体在热源作用下的热传导和辐射过程，得到超导储能磁体的温度分布和热流密度分布；将超导储能磁体的温度分布和热流密度分布与所述等效辐射热路模型进行耦合，构建得到超导储能磁体的集总热模型。