一种超导磁体失超检测方法和装置与流程

本发明涉及一种失超检测方法，具体涉及一种超导磁体失超检测方法和装置。

背景技术：

超导储能系统在电力系统中可以用来提高系统稳定性、改善供电品质以及在含有太阳能、风能等新能源的分散电源系统中储存电能并改善电力输出特性，也可以用于重要装置的紧急备用电源。超导储能系统所具有的这些优良性能将在电力系统中带来不可估量的技术经济效益。在电力系统中应用超导储能系统的同时，也会带来一些必须解决的问题，其中超导磁体的失超是影响超导储能系统安全稳定运行的关键问题之一。

超导体只有在满足特定条件时才能体现超导特性。一旦条件被破坏，磁体将会失超。由于工作在电力系统中的超导储能装置会遇到诸如系统短路故障等各种动态过程，承受短路大电流、不平衡电流的冲击以及由此而产生的电磁、机械应力、热量的作用，这些都有可能造成超导磁体发生失超。超导磁体失超伴随着磁体过电流和发热，严重的局部温升可能会损坏磁体，若不及时采取措施，大量的能量通过线圈以热能的形式耗散，会导致磁体被烧毁，进而影响超导电力系统的安全、稳定、经济运行。

作为超导储能系统的核心部件，超导储能磁体的结构形式可为环形、平行多螺管形及简单的单螺管形超导储能磁体。其中超导环形磁体由多个单元线圈沿圆周向排列，每个单元线圈作为磁体的一个线圈模块，又由多个单体线圈串联而成。环形磁体涉及单元线圈，单体线圈，线圈数量非常多，多至上百，失超检测也比单个线圈要复杂得多。如何及时、有效地检测超导磁体的失超并对其进行失超保护，成为超导应用的一个重要方面，具有重要的现实意义。

技术实现要素：

超导磁体正常运行处于超导态时，基本没有电阻，也就没有发热，电压和温度不会发生变化；当系统发生故障时，超导条件遭到破坏，进入非超导态，超导磁体出现发热现象，伴随着电压和温度急剧上升。基于此，为了解决超导磁体的失超检测问题，本发明提供一种超导磁体失超检测方法和装置，检测单元线圈的功率失超状态以及单体线圈的电压失超状态和温度失超状态。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种超导磁体失超检测方法，所述方法包括：

实时检测每个单元线圈的电压和电流；

根据每个单元线圈的电压和电流计算相邻两个单元线圈的功率差，并求取单元线圈与相邻两个单元线圈的功率差绝对值；

若单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值均大于功率失超阈值，则判断该单元线圈处于功率失超状态。

所述超导磁体由N个单元线圈环形排列构成，所述单元线圈由串联的设有温度探头和引线的M个单体线圈组成。

所述根据每个单元线圈的电压和电流计算相邻两个单元线圈的功率差，并求取单元线圈与相邻两个单元线圈的功率差绝对值包括：

P₁＝(u₁-u₂)i₁

P₂＝(u₂-u₃)i₂

…

P_n＝(u_n-u_n+1)i_n

…

P_N＝(u_N-u₁)i_N

其中，u_n为第n个单元线圈的电压，且n＝1,2,...,N，i_n为第n个单元线圈的电流，且i₁＝i₂＝...＝i_n＝...＝i_N；

求取单元线圈与相邻两个单元线圈的功率差绝对值|P₁|、|P₂|、...、|P_n|、...、|P_N|。

所述若单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值均大于功率失超阈值，则判断该单元线圈处于功率失超状态包括：

设功率失超阈值为P_quench，将单元线圈与相邻两个单元线圈的功率差绝对值P₁|、|P₂|、...、|P_n|、...、|P_N|分别与P_quench比较，若单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值均大于P_quench，则表明该单元线圈处于功率失超状态。

所述若单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值均大于功率失超阈值，则表明该单元线圈处于功率失超状态包括：

设功率延时定值为N_P，当某个单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值超过P_quench持续N_P个采样点时，则表明该单元线圈处于功率失超状态。

所述若单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值均大于功率失超阈值，则判断为该单元线圈处于功率失超状态之后包括：

分别检测单体线圈的电压失超状态和/或温度失超状态。

所述检测单体线圈的电压失超状态包括：

设电压和电流的采集时间间隔均为Δt₁，实时检测每个单体线圈的电流和电压，每H个采样点作为一组，求取每组的电流平均值，并根据单体线圈的电感值L计算某个单体线圈的感应电压u_L，有：

其中，i_l为第l个采样点的电流；

计算同时刻相邻两组电压的平均值u，有：

其中，u_l是第l个采样点的电压；

根据u和u_L计算单体线圈的电阻电压u_R，有：

u_R＝u-u_L

引入电压校正系数α，有：

u′_R＝u-αu_L

其中，u_R′为引入电压校正系数α后单体线圈的电阻电压，u′为单体线圈未处于电压失超状态时的电压平均值，u′_L为单体线圈未处于电压失超状态时的感应电压；

设电压失超阈值为u_quench，将u_R′与u_quench比较，若u_R′大于u_quench，则表明该单体线圈处于电压失超状态。

检测单体线圈的温度失超状态包括：

单体线圈上安装的温度探头实时检测单体线圈的温度，设温度探头采集某个单体线圈的温度采集时间间隔为Δt₂，计算某个单体线圈的温度变化速率v_T，有：

其中，T_k为温度探头第k次采集的单体线圈温度，T_k-1为温度探头第k-1次采集的单体线圈温度；

设温度失超阈值为v_quench，将某个单体线圈的温度变化速率v_T与v_quench比较，若v_T大于v_quench，则表明该单体线圈处于温度失超状态。

所述检测单体线圈的温度失超状态包括：

设温升延时定值为N_T，将v_T与v_quench进行比较，当v_T超过v_quench持续N_T个采样点后，则表明该单体线圈处于温度失超状态。

本发明还提供一种超导磁体失超检测装置，所述失超检测装置包括：

用于实时检测每个单元线圈的电压和电流的装置；

用于根据每个单元线圈的电压和电流计算相邻两个单元线圈的功率差，并求取单元线圈与相邻两个单元线圈的功率差绝对值的装置；

用于设置功率失超阈值的装置；以及

用于判断单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值均大于功率失超阈值，则表明该单元线圈处于功率失超状态的装置。

所述超导磁体由N个单元线圈环形排列构成，所述单元线圈由串联的设有温度探头和引线的M个单体线圈组成。

所述用于根据每个单元线圈的电压和电流计算相邻两个单元线圈的功率差，并求取单元线圈与相邻两个单元线圈的功率差绝对值的装置包括：

根据如下公式计算相邻两个单元线圈的功率差的装置：

P₁＝(u₁-u₂)i₁

P₂＝(u₂-u₃)i₂

…

P_n＝(u_n-u_n+1)i_n

…

P_N＝(u_N-u₁)i_N

其中，u_n为第n个单元线圈的电压，且n＝1,2,...,N，i_n为第n个单元线圈的电流，且i₁＝i₂＝...＝i_n＝...＝i_N；以及

用于求取单元线圈与相邻两个单元线圈的功率差绝对值的装置。

所述失超检测装置进一步包括：

用于设置功率延时定值N_P的装置；以及

用于判断某个单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值超过P_quench持续N_P个采样点时，则表明该单元线圈处于功率失超状态的装置。

所述失超检测装置进一步包括：

用于检测单体线圈的电压失超状态和温度失超状态的装置。

所述用于检测单体线圈的电压失超状态和温度失超状态的装置包括：

用于检测单体线圈的电压失超状态的装置。

所述用于检测单体线圈的电压失超状态的装置包括：

用于设置电压和电流的采集时间间隔的装置；

用于实时检测每个单体线圈的电压和电流的装置；

用于设置电压失超阈值的装置；

用于引入电压校正系数计算引入电压校正系数后单体线圈的电阻电压的装置；以及

用于判断引入电压校正系数后单体线圈的电阻电压大于电压失超阈值，则表明该单体线圈处于电压失超状态的装置。

所述用于引入电压校正系数计算引入电压校正系数后单体线圈的电阻电压的装置包括：

用于将每H个采样点作为一组，求取每组的电流平均值，并根据单体线圈的电感值L通过下式计算某个单体线圈的感应电压的装置：

其中，Δt₁为电压和电流的采集时间间隔，i_l为第l个采样点的电流，u_L为某个单体线圈的感应电压；

用于通过下式计算同时刻相邻两组电压的平均值的装置：

其中，u_l是第l个采样点的电压，u为同时刻相邻两组电压的平均值；

用于根据u和u_L通过下式计算单体线圈的电阻电压的装置：

u_R＝u-u_L

其中，u_R为单体线圈的电阻电压。

所述用于引入电压校正系数通过下式计算引入电压校正系数后单体线圈的电阻电压的装置：

u′_R＝u-αu_L

其中，α为电压校正系数，u_R′为引入电压校正系数后单体线圈的电阻电压，u′为单体线圈未处于电压失超状态时的电压平均值，u′_L为单体线圈未处于电压失超状态时的感应电压。

所述用于检测单体线圈的电压失超状态和温度失超状态的装置包括：

用于检测单体线圈的温度失超状态的装置。

所述用于检测单体线圈的温度失超状态的装置包括：

单体线圈上安装的用于实时检测单体线圈温度的温度探头；

用于设置温度探头采集某个单体线圈的温度采集时间间隔的装置；

用于通过下式计算某个单体线圈的温度变化速率的装置；

其中，v_T为某个单体线圈的温度变化速率，T_k为温度探头第k次采集的单体线圈温度，T_k-1为温度探头第k-1次采集的单体线圈温度，Δt₂为温度探头采集某个单体线圈的温度采集时间间隔；

用于设置温度失超阈值v_quench的装置；以及

用于判断v_T大于v_quench，则表明该单体线圈处于温度失超状态的装置。

所述用于检测单体线圈的温度失超状态的装置进一步包括：

用于设置温升延时定值N_T的装置；

用于判断v_T超过v_quench持续N_T个采样点后，则表明该单体线圈处于温度失超状态的装置。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1)本发明对超导磁体中的单元线圈进行功率失超状态检测，并通过比较确定相应单元线圈的功率失超状态，可以准确定位处于功率失超状态的单元线圈位置；

2)本发明对单体线圈进行电压失超状态进行检测，并通过逐级比较确定相应单体线圈的电压失超状态，可以准确定位处于电压失超状态的单体线圈位置；

3)本发明对单体线圈进行温度失超状态进行检测，并通过逐级比较确定相应单体线圈的温度失超状态，可以准确定位处于温度失超状态的单体线圈位置；

4)本发明综合了电气量和非电气量检测，克服了单一失超检测法的缺陷。同时引入了电压校正系数，大大提高了电压失超检测的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例中超导磁体结构示意图；

图2是本发明实施例中超导磁体失超检测方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种超导磁体失超检测方法，如图1，所述超导磁体由16个单元线圈环形排列构成，所述单元线圈由2个单体线圈串联而成，且每个单体线圈上都安装温度探头和引线；如图2，所述方法包括：

本发明提供一种超导磁体失超检测方法，所述方法包括：

实时检测每个单元线圈的电压和电流；

根据每个单元线圈的电压和电流计算相邻两个单元线圈的功率差，并求取单元线圈与相邻两个单元线圈的功率差绝对值；

若单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值均大于功率失超阈值，则判断该单元线圈处于功率失超状态。

所述根据每个单元线圈的电压和电流计算相邻两个单元线圈的功率差，并求取单元线圈与相邻两个单元线圈的功率差绝对值包括：

P₁＝(u₁-u₂)i₁

P₂＝(u₂-u₃)i₂

…

P_n＝(u_n-u_n+1)i_n

…

P₁₆＝(u₁₆-u₁)i₁₆

其中，u_n为第n个单元线圈的电压，且n＝1,2,...,16，i_n为第n个单元线圈的电流，且i₁＝i₂＝...＝i_n＝...＝i₁₆；

求取相邻两个单元线圈的功率差绝对值|P₁|、|P₂|、...、|P_n|、...、|P₁₆|；

所述若单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值均大于功率失超阈值，则表明该单元线圈处于功率失超状态包括：

设功率失超阈值为P_quench，将单元线圈与相邻两个单元线圈的功率差绝对值|P₁|、|P₂|、...、|P_n|、...、|P₁₆|分别与P_quench比较，若单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值均大于P_quench，则表明该单元线圈处于功率失超状态。

所述若单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值均大于功率失超阈值，则判断该单元线圈处于功率失超状态包括：

设功率延时定值N_P＝3，当某个单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值均超过P_quench持续3个采样点时，则表明该单元线圈处于功率失超状态。通过设定功率延时定值N_P，与前者方法相比较，减少了单元线圈的功率失超状态误判，提高了检测的准确性。

所述若单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值均大于功率失超阈值，则判断为该单元线圈处于功率失超状态之后包括：

分别检测单体线圈的电压失超状态和/或温度失超状态。

所述检测单体线圈的电压失超状态包括：

设电压和电流的采集时间间隔均为Δt₁，实时检测每个单体线圈的电流和电压，每5个采样点作为一组，求取相邻两组的电流平均值I₁和I₂，并根据单体线圈的电感值L计算某个单体线圈的感应电压u_L，有：

其中，i_l为第l个采样点的电流；

计算同时刻相邻两组电压的平均值u，有：

其中，u_l是第l个采样点的电压；

根据u和u_L计算单体线圈的电阻电压u_R，有：

u_R＝u-u_L

引入电压校正系数α，有：

u′_R＝u-αu_L

其中，u_R′为引入电压校正系数α后单体线圈的电阻电压，u′为单体线圈未处于电压失超状态时的电压平均值，u′_L为单体线圈未处于电压失超状态时的感应电压；

设电压失超阈值为u_quench，将u_R′与u_quench比较，若u_R′大于u_quench，则表明该单体线圈处于电压失超状态。

检测单体线圈的温度失超状态包括：

单体线圈上安装的温度探头实时检测单体线圈的温度，设温度探头采集某个单体线圈的温度采集时间间隔为Δt₂，计算某个单体线圈的温度变化速率v_T，有：

其中，T_k为温度探头第k次采集的单体线圈温度，T_k-1为温度探头第k-1次采集的单体线圈温度；

设温度失超阈值为v_quench，将某个单体线圈的温度变化速率v_T与v_quench比较，若v_T大于v_quench，则表明该单体线圈处于温度失超状态。

所述检测单体线圈的温度失超状态包括：

设温升延时定值为N_T＝3，将v_T与v_quench进行比较，当v_T超过v_quench持续3个采样点后，则表明该单体线圈处于温度失超状态。通过设置温升延时定值为N_T，与前者方法相比较，减少了单体线圈温度失超状态误判，提高了检测的准确性。

本发明还提供一种超导磁体失超检测装置，所述失超检测装置包括：

用于实时检测每个单元线圈的电压和电流的装置；

用于根据每个单元线圈的电压和电流计算相邻两个单元线圈的功率差，并求取单元线圈与相邻两个单元线圈的功率差绝对值的装置；

用于设置功率失超阈值的装置；以及

用于判断单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值均大于功率失超阈值，则表明该单元线圈处于功率失超状态的装置。

所述用于根据每个单元线圈的电压和电流计算相邻两个单元线圈的功率差，并求取单元线圈与相邻两个单元线圈的功率差绝对值的装置包括：

根据如下公式计算相邻两个单元线圈的功率差的装置：

P₁＝(u₁-u₂)i₁

P₂＝(u₂-u₃)i₂

…

P_n＝(u_n-u_n+1)i_n

…

P₁₆＝(u₁₆-u₁)i₁₆

其中，u_n为第n个单元线圈的电压，且n＝1,2,...,16，i_n为第n个单元线圈的电流，且i₁＝i₂＝...＝i_n＝...＝i₁₆；以及

用于求取单元线圈与相邻两个单元线圈的功率差绝对值|P₁|、|P₂|、...、|P_n|、...、|P₁₆|的装置。

所述失超检测装置进一步包括：

用于设置功率延时定值N_P＝3的装置；以及

用于判断某个单元线圈与相邻两个线圈的功率差绝对值超过P_quench持续3个采样点时，则表明该单元线圈处于功率失超状态的装置。

所述失超检测装置进一步包括：

用于检测单体线圈的电压失超状态和温度失超状态的装置。

所述用于检测单体线圈的电压失超状态和温度失超状态的装置包括：

用于检测单体线圈的电压失超状态的装置。

所述用于检测单体线圈的电压失超状态的装置包括：

用于设置电压和电流的采集时间间隔的装置；

用于实时检测每个单体线圈的电压和电流的装置；

用于设置电压失超阈值的装置；

用于引入电压校正系数计算引入电压校正系数后单体线圈的电阻电压的装置；以及

用于判断引入电压校正系数后单体线圈的电阻电压大于电压失超阈值，则表明该单体线圈处于电压失超状态的装置。

所述用于引入电压校正系数计算引入电压校正系数后单体线圈的电阻电压的装置包括：

用于将每5个采样点作为一组，求取相邻两组的电流平均值I₁和I₂，并根据单体线圈的电感值L通过下式计算某个单体线圈的感应电压的装置：

其中，i_l为第l个采样点的电流；

用于通过下式计算同时刻相邻两组电压的平均值的装置：

其中，u_l是第l个采样点的电压，u为同时刻相邻两组电压的平均值；

用于根据u和u_L通过下式计算单体线圈的电阻电压的装置：

u_R＝u-u_L

其中，u_R为单体线圈的电阻电压。

所述用于引入电压校正系数通过下式计算引入电压校正系数后单体线圈的电阻电压的装置：

u′_R＝u-αu_L

其中，α为电压校正系数，u_R′为引入电压校正系数后单体线圈的电阻电压，u′为单体线圈未处于电压失超状态时的电压平均值，u′_L为单体线圈未处于电压失超状态时的感应电压。

所述用于检测单体线圈的电压失超状态和温度失超状态的装置包括：

用于检测单体线圈的温度失超状态的装置。

所述用于检测单体线圈的温度失超状态的装置包括：

单体线圈上安装的用于实时检测单体线圈温度的温度探头；

用于设置温度探头采集某个单体线圈的温度采集时间间隔的装置；

用于通过下式计算某个单体线圈的温度变化速率的装置；

其中，v_T为某个单体线圈的温度变化速率，T_k为温度探头第k次采集的单体线圈温度，T_k-1为温度探头第k-1次采集的单体线圈温度，Δt₂为温度探头采集某个单体线圈的温度采集时间间隔；

用于设置温度失超阈值v_quench的装置；以及

用于判断v_T大于v_quench，则表明该单体线圈处于温度失超状态的装置。

所述用于检测单体线圈的温度失超状态的装置进一步包括：

用于设置温升延时定值N_T＝3的装置；

用于判断v_T超过v_quench持续3个采样点后，则表明该单体线圈处于温度失超状态的装置。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。