一种超导磁体交流损耗测量方法和装置

本发明涉及超导测量，更具体地，涉及一种超导磁体交流损耗测量方法和装置。

背景技术：

1、超导电力装置具有小型化、轻量化和低损耗等特性，对于提高电力系统的稳定性、经济性、可靠性、输电能力和电能质量有重要意义，具有广泛的环境和经济效益。目前主要的超导电力装置包括：超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导电机和超导磁储能系统。其中，超导磁体和磁体是超导电力装置的核心部件，其稳定性和可靠性对于超导电力装置的安全运行至关重要。

2、超导体有3个临界参数：临界电流密度、临界磁场和临界温度，超导电力装置必须运行在这3个参数构成的临界曲面内，任何参数超出该临界曲面，超导体都会失去超导电性，进而威胁超导电力装置的安全稳定运行。

3、热扰动和电磁扰动主要来源于超导电力装置运行在交变电流或磁场下产生的热损耗，这部分热损耗又被称为交流损耗。交流损耗是超导电力装置动态运行过程中无法避免的问题，如超导变压器和超导限流器本身就工作在交流电流下，超导磁储能系统在充放电过程中的电流和磁场都会发生变化，超导电缆和超导电机的工作电流同样存在波动。

4、快速准确测量交流损耗能够为制冷系统，失超检测和保护系统提供数据支撑，同时验证数值仿真模型的准确性，为进一步研究交流损耗规律，从而有效减少超导电力装置运行过程中产生的交流损耗，提高装置的运行效率和经济性。

5、当下，测量交流损耗主要有磁测法，热测法和电测法。其中，磁测法易受外界电磁干扰，仅适用于交变外场下的小样品。热测法通过测量温升或者冷却介质的蒸发量测量交流损耗，测量范围广，抗干扰能力强，但是测量时间长，精度较低。传统电测法通过测量超导体两端的电压和流经超导体的电流，通过锁相放大器或者积分法的形式获得交流损耗，其缺点在于易受电磁干扰，待测样品电压较大时测量较为困难。

技术实现思路

1、针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种超导磁体交流损耗测量方法和装置，通过参数辨识的方法，建立超导磁体的等效电路模型，从而实现瞬时交流损耗的快速实时测量。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种超导磁体交流损耗测量方法，该方法包括：

3、采集超导磁体的电流信号和电压信号；

4、依据所述电流信号和所述电压信号，计算第一向量；

5、依据所述第一向量计算增益矩阵，协方差矩阵和参数矩阵；所述参数矩阵包括所述超导磁体的电感和电阻；

6、计算所述超导磁体的交流损耗。

7、进一步地，上述超导磁体交流损耗测量方法还包括：

8、所述超导磁体的电流信号和电压信号至少包括时刻，时刻和时刻的电流信号，以及时刻的电压信号。

9、进一步地，上述超导磁体交流损耗测量方法还包括：

10、依据所述电流信号和所述电压信号，计算第一向量，具体包括：

11、；

12、其中，表示时刻的电压信号，、、分别表示时刻，时刻和时刻的电流信号，表示采样时间间隔。

13、进一步地，上述超导磁体交流损耗测量方法还包括：

14、依据所述第一向量计算增益矩阵，协方差矩阵和参数矩阵，具体包括：

15、；

16、其中，和为和时刻的增益矩阵，和为和时刻的协方差矩阵，i为单位矩阵，为遗忘因子，表示时刻参数矩阵的估计值，、分别表示所述超导磁体在时刻的电阻和电感；

17、所述参数矩阵和所述协方差矩阵的初始值如下：

18、。

19、进一步地，上述超导磁体交流损耗测量方法还包括：

20、所述超导磁体的交流损耗表示为：

21、。

22、按照本发明的第二个方面，还提供了一种超导磁体交流损耗测量装置，其包括：

23、采集模块，其被配置为实时获取超导磁体的电流信号和电压信号；

24、计算模块，其被配置为依据所述电流信号和所述电压信号，计算第一向量；还被配置为依据所述第一向量计算增益矩阵，协方差矩阵和参数矩阵；所述参数矩阵包括所述超导磁体的电感和电阻；还被配置为计算所述超导磁体的交流损耗。

25、进一步地，上述超导磁体交流损耗测量装置还包括：

26、所述超导磁体的电流信号和电压信号至少包括时刻，时刻和时刻的电流信号，以及时刻的电压信号。

27、进一步地，上述超导磁体交流损耗测量装置还包括：

28、所述计算模块具体通过以下方法计算第一向量：

29、；

30、其中，表示时刻的电压信号，、、分别表示时刻，时刻和时刻的电流信号，表示采样时间间隔。

31、进一步地，上述超导磁体交流损耗测量装置还包括：

32、所述计算模块具体通过以下方法计算增益矩阵，协方差矩阵和参数矩阵：

33、；

34、其中，和为和时刻的增益矩阵，和为和时刻的协方差矩阵，i为单位矩阵，为遗忘因子，表示时刻参数矩阵的估计值，、分别表示所述超导磁体在时刻的电阻和电感；

35、所述参数矩阵和所述协方差矩阵的初始值如下：

36、。

37、进一步地，上述超导磁体交流损耗测量装置还包括：

38、所述超导磁体的交流损耗表示为：

39、。

40、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

41、本发明提供的一种超导磁体交流损耗测量方法和装置，通过参数辨识的方法，建立超导磁体的等效电路模型，从而实现瞬时交流损耗的快速实时测量。

技术特征：

1.一种超导磁体交流损耗测量方法，包括：

2.如权利要求1所述的超导磁体交流损耗测量方法，其特征在于：

3.如权利要求2所述的超导磁体交流损耗测量方法，其特征在于：

4.如权利要求3所述的超导磁体交流损耗测量方法，其特征在于：

5.如权利要求4所述的超导磁体交流损耗测量方法，其特征在于：

6.一种超导磁体交流损耗测量装置，包括：

7.如权利要求6所述的超导磁体交流损耗测量装置，其特征在于：

8.如权利要求7所述的超导磁体交流损耗测量装置，其特征在于：

9.如权利要求8所述的超导磁体交流损耗测量装置，其特征在于：

10.如权利要求9所述的超导磁体交流损耗测量装置，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种超导磁体交流损耗测量方法，包括：采集超导磁体的电流信号和电压信号；依据所述电流信号和所述电压信号，计算第一向量；依据所述第一向量计算增益矩阵，协方差矩阵和参数矩阵；所述参数矩阵包括所述超导磁体的电感和电阻；计算所述超导磁体的交流损耗。本发明通过参数辨识的方法，建立超导磁体的等效电路模型，从而实现瞬时交流损耗的快速实时测量。

技术研发人员：龙飞杨,徐颖,任丽,石晶
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17