随着化石能源短缺和环境问题的日益严峻,海上风力发电越来越受到重视。为了降低海上风力发电的成本,开发大容量风力发电机逐渐成为利用海上风能的发展趋势。高温超导风力发电机具有体积小、重量轻等优势,被认为是大容量海上风力发电机的理想解决方案。在高温超导风力发电机的研究中,如何使高温超导线圈安全稳定地运行是关键问题之一。当高温超导风力发电机发生短路故障时,由于其同步电抗非常小,使得其短路电流和电磁转矩都远大于常规发电机,可能造成的危害也更为严重。此外,高温超导励磁线圈在受到带材局部缺陷、接头电阻以及短路故障过程中复杂电磁环境等因素的影响时,存在潜在的失超风险,不利于高温超导励磁线圈的长期安全稳定运行。因此,高温超导风力发电机电磁仿真和励磁线圈失超特性的研究具有极其重要的意义。本文的主要研究内容可以概括分为高温超导风力发电机电磁仿真研究和励磁线圈失超特性研究。高温超导风力发电机电磁仿真研究将细分为励磁线圈临界电流仿真研究和三相短路故障仿真研究。首先,本文提出一种面向大型高温超导线圈临界电流的快速算法,基于此算法计算得到2.5MW高温超导风力发电机励磁线圈的临界电流值,并初步确定励磁线圈运行电流。其次,将励磁线圈运行电流传递到高温超导风力发电机的有限元模型中,得到其额定工况输出特性,然后通过三相短路故障模型得到三相短路故障过程中励磁线圈动态响应电磁特性。励磁线圈的失超特性研究将细分为最小失超能量与失超传播速度研究和三相短路故障下失超特性研究。首先,通过热扰动失超实验研究高温超导带材和小型线圈的最小失超能量与失超传播速度,并搭建电磁热耦合模型对该失超过程进行模拟,通过仿真和实验结果的比较,验证电磁热耦合模型的有效性与准确性,然后采用该电磁热耦合模型仿真得到励磁线圈的最小失超能量和失超传播速度。其次,为了模拟励磁线圈在短路故障过程中因磁场变化而导致的失超,给高温超导带材和堆叠带材施加变化磁场进行失超实验。基于电磁热耦合模型模拟该失超过程,并与相应的实验结果进行比较,以验证电磁热耦合模型在三相短路工况下的适用性。最后,采用电磁热耦合模型仿真得到励磁线圈在三相短路故障下的失超特性。如果励磁线圈发生不可恢复失超,调整励磁线圈通流裕量,重新进行励磁线圈在三相短路故障下的失超特性仿真,直到励磁线圈不再发生不可恢复失超,从而得到励磁线圈安全通流裕量,以确保励磁线圈在三相短路故障过程中的安全性。