一种用于高温超导环形磁体的失超检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于高温超导环形磁体的失超检测方法及装置，通过对输入高温超导环形磁体的功率信号进行傅里叶变换，获取所述超导线圈功率的直流分量和各次谐波分量；以及根据变流器的开关频率，提取所述各次谐波分量中的高频分量，若任意两个相邻超导线圈同一时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，且两个相邻超导线圈中的其中一个超导线圈，两个相邻时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，则判定所述高温超导环形磁体失超，并定位出所述线圈为失超的线圈，提高了检测精度，且计算简单，解决现有技术检测高温超导环形磁体失超不精确，计算量大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高温超导环形磁体的失超检测方法及装置
本申请涉及磁体失超检测领域，具体涉及一种用于高温超导环形磁体的失超检测方法，同时涉及一种用于高温超导环形磁体的失超检测装置。
技术介绍
随着经济的发展、科技的进步和人民生活水平的提高，人们对电力的需求不断增加、对电能的依赖程度明显增加，并对供电品质提出了更高的要求。面对日益突出的能源亟需、电能质量及环境污染等一系列问题，超导磁储能装置(SMES)利用高温超导磁体的高储能密度及现代电力电子技术快速转换和控制的特性，能几乎无损耗储存大量能量、可快速平衡电力系统负荷波动及环境友好，成为新的绿色环保、低碳无污染的电力技术。高温超导磁体作为SMES的核心部分，其稳定运行的主要威胁是失超，若无法及时检测失超并对其进行相应保护，会出现一系列问题，如超导线或绝缘发热烧毁、磁体内部过电压和低温容器过压等问题，有可能烧毁超导磁体，在高温超导磁体的失超保护控制系统中失超检测是失超保护的前提，因此失超检测是保证超导磁体安全稳定运行的关键技术之一。现有高温超导体的失超检测方法，主要有温升检测法、超声波检测法、光纤检测法以及电压检测法和有源功率检测法，通过温度探头测量温度变化、超声波输入与输出信号的传递函数变化、光纤光栅测量波长或温度变化来检测失超，存在明显时延、需要附加装置及失超判断算法复杂等问题；基于电测法的失超检测方法响应速度快且算法简单，因而广泛应用于超导磁体中。但现有研究都是通过恒定直流电源对磁体进行充电，不考虑噪声干扰，在充电状态下，未失超磁体两端电压基本保持在一个数值，流过磁体的电流直线上升；稳定状态下，未失超磁体两端电压和流过磁体的电流均保持不变，从充电到稳定运行阶段，未失超超导磁体的功率信号先直线上升再稳定在某一数值。变流器将电网的能量供给超导磁体过程中，超导磁体的运行状态有充电-续流-放电三种模式，其两端电压为方波信号，充电运行状态下流过磁体的电流为阶梯式上升，其功率信号不是一个直线上升或平稳的信号。因此通过恒定直流电源供电给超导磁体来检测磁体的失超是不够精确的。现有的信号滤波有多种算法，例如小波分析法、卡尔曼滤波、维纳滤波、自适应滤波及傅里叶变换等，但通常采用算法实现简单使用方便的傅里叶变换算法。因为小波分析虽然可以实时分析谐波，但是选取小波基难度较大，而卡尔曼滤波和维纳滤波在实际应用时很难预先获得输入信号的统计参数，且维纳滤波仅适合于平稳的随机信号，一系列自适应滤波虽然具有更高的收敛速度，但是由于为超导磁体供电的变流器的开关频率较高，此算法计算量大且较为复杂。
技术实现思路
本申请提供一种用于高温超导环形磁体的失超检测方法及装置，解决现有技术检测高温超导环形磁体失超不精确，计算量大的问题。本申请提供一种用于高温超导环形磁体的失超检测方法，包括：获取高温超导环形磁体超导线圈的功率信号；对所述功率信号进行傅里叶变换，获取所述超导线圈功率的直流分量和各次谐波分量；以及根据变流器的开关频率，提取所述各次谐波分量中的高频分量；若任意两个相邻超导线圈同一时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，且两个相邻超导线圈中的其中一个超导线圈，两个相邻时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，则判定所述高温超导环形磁体失超。优选的，在判定所述高温超导环形磁体失超的步骤之后，还包括：输出保护动作信号。优选的，获取高温超导环形磁体超导线圈的功率信号，包括：采集所述高温超导环形磁体超导线圈的两端电压Ui和流过超导线圈的电流信号Ii；根据所述电压Ui和电流信号Ii，通过如下公式获得高温超导环形磁体每个超导线圈的功率Pi，Pi＝UiIi。优选的，在对所述功率信号进行傅里叶变换的步骤之前，还包括：对所述功率信号进行噪声滤波处理，以消除高频干扰对所述功率信号的影响。优选的，对所述功率信号进行傅里叶变换，获取所述超导线圈功率的直流分量和各次谐波分量，包括：高温超导环形磁体的多个超导线圈，第i(i＝1,…,N)个超导线圈功率傅里叶展开式为，其中，a0_i为第i个超导线圈功率的直流分量，ak_i为第i个超导线圈功率的k次谐波的余弦分量系数，ω0＝2π/T0为超导线圈的角频率，为第i个超导线圈功率的初始相位角，bk_i为第i个超导线圈功率的k次谐波的正弦分量系数，i,j＝1,2，…,N代表不同超导线圈；将功率的傅里叶展开式转换为：有，定义功率的各次谐波分量为：优选的，根据变流器的开关频率，提取所述各次谐波分量中的高频分量，包括：根据变流器的开关频率，从各次谐波分量表示的功率展开式提取高频分量：式中，q是谐波次数，矩阵A是(q+1)阶对角矩阵，令对应主对角线元素为1，其余元素为0，提取每个线圈功率信号的高频分量。优选的，若任意两个相邻超导线圈同一时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，且两个相邻超导线圈中的其中一个超导线圈，两个相邻时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，则判定所述高温超导环形磁体失超，包括：分别获取任意两个相邻超导线圈同一时刻高频分量与直流分量的比值；若所述比值的差值，连续多次大于预设阈值，则分别获取两个超导线圈两个相邻时刻高频分量与直流分量的比值；若其中一个超导线圈，两个相邻时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，则判定所述超导线圈失超，进而判定所述高温超导环形磁体失超。本申请同时提供一种用于高温超导环形磁体的失超检测装置，包括：功率信号获取单元，获取高温超导环形磁体超导线圈的功率信号；分量获取单元，对所述功率信号进行傅里叶变换，获取所述超导线圈功率的直流分量和各次谐波分量；以及根据变流器的开关频率，提取所述各次谐波分量中的高频分量；失超判定单元，若任意两个相邻超导线圈同一时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，且两个相邻超导线圈中的其中一个超导线圈，两个相邻时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，则判定所述高温超导环形磁体失超。本申请提供一种用于高温超导环形磁体的失超检测方法及装置，通过对输入高温超导环形磁体的功率信号进行傅里叶变换，获取高温超导环形磁体超导线圈功率的直流分量和各次谐波分量；根据变流器的开关频率，提取所述各次谐波分量中的高频分量，若任意两个相邻超导线圈同一时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，且两个相邻超导线圈中的其中一个超导线圈，两个相邻时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，则判定所述高温超导环形磁体失超，并定位出所述线圈为失超的线圈，提高了检测精度，且计算简单，解决现有技术检测高温超导环形磁体失超不精确，计算量大的问题。附图说明图1是本申请提供的一种用于高温超导环形磁体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高温超导环形磁体的失超检测方法，其特征在于，包括：/n获取高温超导环形磁体超导线圈的功率信号；/n对所述功率信号进行傅里叶变换，获取所述超导线圈功率的直流分量和各次谐波分量；以及根据变流器的开关频率，提取所述各次谐波分量中的高频分量；/n若任意两个相邻超导线圈同一时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，且两个相邻超导线圈中的其中一个超导线圈，两个相邻时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，则判定所述高温超导环形磁体失超。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于高温超导环形磁体的失超检测方法，其特征在于，包括：
获取高温超导环形磁体超导线圈的功率信号；
对所述功率信号进行傅里叶变换，获取所述超导线圈功率的直流分量和各次谐波分量；以及根据变流器的开关频率，提取所述各次谐波分量中的高频分量；
若任意两个相邻超导线圈同一时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，且两个相邻超导线圈中的其中一个超导线圈，两个相邻时刻高频分量与直流分量的比值的差值，连续多次大于预设阈值，则判定所述高温超导环形磁体失超。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在判定所述高温超导环形磁体失超的步骤之后，还包括：
输出保护动作信号。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取高温超导环形磁体超导线圈的功率信号，包括：
采集所述高温超导环形磁体超导线圈的两端电压Ui和流过超导线圈的电流信号Ii；
根据所述电压Ui和电流信号Ii，通过如下公式获得高温超导环形磁体每个超导线圈的功率Pi，
Pi＝UiIi。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述功率信号进行傅里叶变换的步骤之前，还包括：
对所述功率信号进行噪声滤波处理，以消除高频干扰对所述功率信号的影响。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述功率信号进行傅里叶变换，获取所述超导线圈功率的直流分量和各次谐波分量，包括：
高温超导环形磁体的多个超导线圈，第i(i＝1,…,N)个超导线圈功率傅里叶展开式为，












其中，a0_i为第i个超导线圈功率的直流分量，ak_i为第i个超导线圈功率的k次谐波的余弦分量系数，ω0＝2π/T0为超导线圈的角频率，为第i个超导线圈功率的初始相位角，bk_i为第i个超导线圈功率的k次谐波的正弦分量系数，i,j＝1,2...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦德福，朱义东，王帅，张妍，崔巨勇，刘一涛，朱钰，韩洪刚，诸嘉慧，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21