一种超导磁储能装置的监控系统的制作方法

本申请涉及超导电力监控技术领域，尤其涉及一种超导磁储能装置的监控系统。

背景技术：

超导技术已经广泛应用于多个领域，如高能物理、电力能源、生物医疗、军事、航天等。其中，在电力能源方面，短路情况下，超导磁体环流在零电阻下无能耗运行，持久地储存电磁能，这就是超导储能。超导线圈的一次储能可长期无损耗地保存，又可瞬间放出数千乃至上万焦耳的能量，且储存能量高。超导磁储能系统的发展经历了从低温超导到高温超导的过渡过程。由于传统的低温超导材料只能工作在液氦温区，故需配置良好的外围冷却系统。这样会限制超导的经济优越性，从而大大限制了低温超导磁储能的应用。随着高温超导材料技术的不断发展，超导技术的应用温度被提升至液氮温区(77K)，大大提高了超导材料的实用性，且高温超导磁储能系统得到了广泛研制和不断发展。

超导磁储能(superconducting magnetic energy storage，SMES)装置的功率密度大，储能效率高、响应速度快、装置体积小的特点，能实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿，可以解决电网瞬间断电对用电设备的影响，对提高电力系统的安全性有较好的效果，也可改善电网的电压和频率特性，提高系统稳定性，还可抑制电网的低频功率振荡，调节功率因数，实现电能质量改善。对于大容量的SMES，可将其用于日负荷的削峰填谷。对于具有间歇性和随机性特点的可再生能源，可利用SMES平抑其功率波动。开展SMES的应用研究对推动电力系统的发展和进步具有十分重要的意义，且SMES在未来智能电网更是具有广阔的应用前景。

SMES系统的拓扑结构复杂，涉及到多种电气和非电气量的实时监测，各子系统运行状态的控制，需要一套监控保护系统来保障超导储能系统的可靠运行。美国、日本、韩国等国家对超导磁储能开展了相应的研究，同时也开发了相应的监控与保护系统。1999年中科院电工所成功研制了我国第一台25kJ/5kW低温SMES样机，于2004年开始研发1MJ/0.5MW Bi-2223SMES及其监控系统；2005年华中科技大学研制了35kJ/7.5kW Bi-2223SMES，并与浙江大学共同研发其监控系统。2011年中国电力科学研究院设计了一种可控高温超导储能系统并网全数字监控系统。华中科技大学和中科院电工所对监控系统的开发主要集中在电网和超导磁体的状态监控，中国电力科学研究院继续研究了功率变换器器的监控技术。然而，目前还没有兼顾电网、超导磁体，并对所采集到的数据波形的显示和存储的系统。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种超导磁储能装置的监控系统，解决现有技术中还没有兼顾电网、超导磁体，并对所采集到的数据波形的显示、存储的系统。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种超导磁储能装置的监控系统，所述系统包括：

与所述超导磁储能装置相连的处理器和与所述处理器相连的工控机；

所述处理器用于采集所述超导磁储能装置中的电压、电流和温度数据，同时采集电网的电流和电压数据，并同步所述电网和超导磁储能装置的电流和电压数据，记录从所述超导磁储能装置和电网中采集数据的波形；

所述工控机用于对所述处理器采集的数据进行量化处理，根据量化后的数据判断超导磁储能装置的运行状态，并将所述量化处理后的数据显示出来。

优选地，所述处理器包括：电压电流采集单元、温度采集单元、数据同步单元、录波单元和变流器控制单元。

所述电压电流采集单元用于采集所述超导磁储能装置以及电网的电流电压信号；

所述温度采集单元用于采集所述超导磁储能装置中储能磁体的实时温度；

所述数据同步单元用于同步所述超导磁储能装置以及电网的电压和电流数据；

所述录波单元用于记录从所述超导磁储能装置和电网中采集数据的波形；

所述变流器控制单元用于根据从变流器采集的电流和电压数据判断变流器状态，并对变流器进行控制。

优选地，所述处理器还包括：失超保护单元；

所述失超保护单元用于对采集的电压数据进行判断，若所述超导磁体的电压失超，则发出失超告警；

优选地，所述处理器还包括：制冷控制单元；

所述制冷控制单元用于控制超导磁储能装置中的制冷单元进行温度调节。

优选地，所述处理器和工控机通过CH375通信接口进行通讯。

优选地，所述工控机与触摸屏相连，所述触摸屏用于显示监控数据并形成人机交互界面。

优选地，还包括变流器、电压互感器、电流互感器、第一信号调理电路、第二信号调理电路、第三信号调理电路、第四信号调理电路、模数转换电路、斩波器、穿心霍尔传感器以及隔离放大器；

所述变流器与所述超导磁储能装置相连；

所述变流器的交流侧分别与所述电流互感器和电压互感器相连；

所述电压互感器与所述第一信号调理电路相连；

所述电流互感器与所述第二信号调理电路相连；

所述第一信号调理电路和第二信号调理电路都与所述模数转换电路相连；

所述变流器的直流侧分别与所述斩波器和穿心霍尔传感器相连；

所述斩波器、第三信号调理电路、隔离放大器以及模数转换电路依次相连；

所述穿心霍尔传感器、第四信号调理电路、模数转换电路依次相连；

所述模数转换电路连接所述处理器。

优选地，每个所述处理器与2个超导磁储能装置相连。

优选地，所述处理器包括存储器；

所述存储器用于存储处理器采集到的数据。

优选地，所述工控机还与远程监控设备通信连接。

从以上技术方案可以看出，本申请提供了一种超导磁储能装置的监控系统，包括：与所述超导磁储能装置相连的处理器和与所述处理器相连的工控机；所述处理器用于采集所述超导磁储能装置中的电压、电流和温度数据，同时采集电网的电流和电压数据，并同步所述电网和超导磁储能装置的电流和电压数据，记录从所述超导磁储能装置和电网中采集数据的波形；所述工控机用于对所述处理器采集的数据进行量化处理，根据量化后的数据判断超导磁储能装置的运行状态，并将所述量化处理后的数据显示出来。

本申请实施例中，提供了一种超导磁储能装置的监控系统，本申请通过处理器对从超导磁储能装置采集到的电压、电流和温度数据，同时采集电网的电流和电压数据，并同步所述电网和超导磁储能装置的电流和电压数据，记录从所述超导磁储能装置和电网中采集数据的波形，通过工控机对处理器采集的数据进行量化处理，根据量化处理后的数据判断超导磁储能装置的运行状态，并将所述量化处理后的数据显示出来，解决了现有技术中没有兼顾电网、超导磁体，并对所采集到的数据波形的显示、存储的系统。

附图说明

图1为本申请一种超导磁储能装置的监控系统的一个实施例的系统框架图；

图2为本申请一种超导磁储能装置的监控系统的另一个实施例的系统框架图；

图3为本申请一种超导磁储能装置的监控系统的一个具体实施例的结构框架图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，图1为本申请一种超导磁储能装置的监控系统的一个实施例的系统架构图，如图1所示，图1中包括：

与超导磁储能装置103相连的处理器102和与处理器相连的工控机101；处理器用于采集超导磁储能装置103中的电压、电流和温度数据，同时采集电网的电流和电压数据，并同步电网和超导磁储能装置103的电流和电压数据，记录从超导磁储能装置103和电网中采集数据的波形；工控机101用于对处理器102采集的数据进行量化处理，根据量化后的数据判断超导磁储能装置103的运行状态，并将量化处理后的数据显示出来。

需要说明的是，处理器首先从超导磁储能装置103中的超导磁体采集相应的电压、电流以及温度数据，同时为了兼顾对电网的监控，需要同步电网和超导磁储能装置103的电流和电压数据，并且可以将采集数据的波形实时的记录波形，根据采集到的数据判断超导磁体的失超电压是否超过门限电压，并显示出来以供人为操作。

本申请通过处理器102对从超导磁储能装置103采集到的电压、电流和温度数据，同时采集电网的电流和电压数据，并同步所述电网和超导磁储能装置的电流和电压数据，记录从所述超导磁储能装置和电网中采集数据的波形，通过工控机101对处理器102采集的数据进行量化处理，根据量化处理后的数据判断超导磁储能装置103的运行状态，并将所述量化处理后的数据显示出来，解决了现有技术中没有兼顾电网、超导磁体，并对所采集到的数据波形的显示、存储的系统。

为了便于理解，请参阅图2，图2为本申请一种超导磁储能装置的监控系统的另一个实施例的系统架构图，如图2所示，图2中包括：

与超导磁储能装置203相连的处理器202和与处理器202相连的工控机201；处理器202用于采集所述超导磁储能装置203中的电压、电流和温度数据，同时采集电网的电流和电压数据，并同步电网和超导磁储能装置203的电流和电压数据，记录从超导磁储能装置和电网中采集数据的波形；工控机201用于对处理器202采集的数据进行量化处理，根据量化后的数据判断超导磁储能装置203的运行状态，并将量化处理后的数据显示出来。

需要说明的是，处理器202首先从超导磁储能装置203中的超导磁体采集相应的电压、电流以及温度数据，同时为了兼顾对电网的监控，需要同步电网和超导磁储能装置203的电流和电压数据，并且可以将采集数据的波形实时的记录波形，根据采集到的数据判断超导磁体的失超电压是否超过门限电压，并显示出来以供人为操作。

进一步的，处理器202包括：电压电流采集单元2021、温度采集单元2022、数据同步单元2023、录波单元2024和变流器控制单元2025。

电压电流采集单元2021用于采集超导磁储能装置203以及电网的电流电压信号；温度采集单元2022用于采集超导磁储能装置203中储能磁体的实时温度；数据同步单元2023用于同步超导磁储能装置203以及电网的电压和电流数据；录波单元2024用于记录从超导磁储能装置203和电网中采集数据的波形；变流器控制单元2025用于根据从变流器采集的电流和电压数据判断变流器状态，并对变流器进行控制。

需要说明的是，温度采集单元2022用于实时采集超导磁储能装置203中储能磁体的实时温度，将温度数据实时传递给工控机201进行告警和人为控制，保证超导磁体的温度不高于其超导临界温度。

进一步的，处理器202还包括失超保护单元2026，失超保护单元用于对采集的电压数据进行判断，若所述超导磁体的电压失超，则发出失超告警。

需要说明的是，失超保护单元2026用于在实时电压值大于门限电压时发出告警信号，并控制超导磁储能装置203的制冷系统。

进一步的，处理器202还包括制冷控制单元2027；制冷控制单元用于控制超导磁储能装置203中的制冷单元进行温度调节。

进一步的，处理器202和工控机201通过CH375通信接口进行通讯。

进一步的，工控机与触摸屏相连，触摸屏用于显示监控数据并形成人机交互界面。

需要说明的是，为了方便对故障进行排查以及人为的操作，需要将实时的数据显示在屏幕中，以便于技术人员进行操作，并且为了操作的便利性，将屏幕设置为触摸屏。另一方面当超导磁体的失超电压大于门限电压，将会弹出告警框，提示用户应进行保护动作。

进一步的，超导磁储能装置的监控系统还包括变流器、电压互感器、电流互感器、第一信号调理电路、第二信号调理电路、第三信号调理电路、第四信号调理电路、模数转换电路、斩波器、穿心霍尔传感器以及隔离放大器；变流器与所述超导磁储能装置相连；变流器的交流侧分别与所述电流互感器和电压互感器相连；电压互感器与所述第一信号调理电路相连；电流互感器与所述第二信号调理电路相连；第一信号调理电路和第二信号调理电路都与所述模数转换电路相连；变流器的直流侧分别与所述斩波器和穿心霍尔传感器相连；斩波器、第三信号调理电路、隔离放大器以及模数转换电路依次相连；穿心霍尔传感器、第四信号调理电路、模数转换电路依次相连；模数转换电路连接所述处理器。

需要说明的是，为了电气隔离使用电压互感器，采用精密电压互感器，电压互感器的输出端经过信号调理电路后，输入到模数转化芯片ADC进行模数转换得到数字信号，共计3路交流电压信号；同理，为了电气隔离使用电流互感器，采用精密电流互感器，电流互感器的变比为10A/4mA，电流互感器的输出端经过信号调理电路后，输入到模数转化芯片ADC进行模数转换得到数字信号，共计3路交流电流信号。由于每个SMES变流器交流侧电压、电流信号是独立的，因此要分别进行采集。与SMES相连的变流器直流侧电压为直流信号，经过精密电阻分压后将信号输入到信号调理电路，经过隔离放大器放大，将放大后的信号输入到模数转化芯片ADC进行模数转换得到数字信号，共采集2路直流电压信号。变流器直流侧输出的电流为超导磁体的输出电流，为直流信号，经过穿心霍尔传感器采集输出电流的直流信号，并将直流信号经过信号调理电路，输入到模数转化芯片ADC进行模数转换得到数字信号，共采集2路直流电流信号。所有采集到的转数字信号输入到处理器中。

进一步的，每个处理器202与2个超导磁储能装置203相连。

需要说明的是，每个处理器202可控制两个SMES单元，这两个SMES共同并入电网，所以这两个SMES单元的电网侧的交流电压和电流只采集一次。

进一步的，处理器202还包括存储器；存储器用于存储处理器采集到的数据。

需要说明的是，为了实现对历史数据波形的访问，从而能够对系统进行评估和改善，以及及时排查故障，需要处理器保存大量的历史波形数据，因此需要设置大量存储器用于存储数据。

进一步的，工控机201还与远程监控设备通信连接。

需要说明的是，为了方便远程操作，工控机通过RJ45接口与远程终端进行连接。

在本申请一种超导磁储能装置的监控系统的具体的实施例中，如图3所示，还包括分别连接处理器和SMES的光耦隔离器件、与处理器连接的多块模数转换芯片ADC，与处理器连接的SDRAM和实时时钟电路；工控机上还包括U盘接口。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-Only Memory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。