Numerische Simulationen supraleitender Leistungskomponenten

Die numerische Modellierung supraleitender Technologien kann helfen, die Verluste für ein Gerät unter bestimmten Bedingungen abzuschätzen. Darüber hinaus ermöglichen die Modelle Zugang zu Beobachtungsgrößen und Informationen, die in Experimenten nur schwer oder gar nicht zu erfassen sind. Sie sind auch nützlich für die Beschreibung von Temperaturänderungen in Hochtemperatur-supraleitenden (HTS) Leitern und helfen so, kritische Punkte für den sicheren Betrieb der Geräte zu identifizieren. Dies ist besonders bedeutsam, da einer der kritischen Punkte bei der Entwicklung praktischer Komponenten mit langen HTS-Leitern ihre Stabilität gegenüber Fehlströmen ist, insbesondere ihre Kühlmitteltemperaturprofile.

Aktuelle Forschungsthemen

Fortschritte in der Supraleitertechnologie machen die Aussicht auf einen wirtschaftlichen Betrieb von HTS-Leistungsgeräten zu einem praktischen Konzept für Netzanwendungen in städtischen Zentren. Durch die Entwicklung und Vermarktung immer fortschrittlicherer Designs wird die Modellierung der komplexen Systeme und des dynamischen Verhaltens immer anspruchsvoller. Dies bringt neue Herausforderungen mit sich, da komplexe Konstruktionen der HTS-Technologien die für die Durchführung von Simulationen erforderliche Rechenleistung deutlich erhöhen. Die Entwicklung optimierter Simulationswerkzeuge, die die wichtigsten nichtlinearen Eigenschaften von HTS-Materialien und -Geräten erfassen und in einer Power-Hardware-in-Loop-Umgebung sowie in Energiesystem-Simulatoren eingesetzt werden können, stellt heute eine große Herausforderung dar.

Forschungsziele

Wir konzentrieren unsere Bemühungen auf schnelle und optimierte Algorithmen für die numerische Modellierung von supraleitenden Anwendungen mit Schwerpunkt auf dem elektromagnetischen und thermischen Verhalten von HTS-Materialien. Dabei kommen sowohl Finite-Differenzen- als auch Lumped-Parameter-Methoden zum Einsatz. Die Ergebnisse der optimierten Algorithmen für HTS-Kabel und SFCL-Bauelemente, die von unserem Team entwickelt wurden, zeigen einen effizienten, stabilen und leistungsstarken Simulationscode. Darüber hinaus sind die Modelle in der Lage, Ergebnisse in Größenordnungen zu liefern, die experimentell nur schwer zugänglich sind. Eines unserer Ziele ist daher die Entwicklung einer Simulationsmethode für HTS-Transformatoren und -Maschinen.