一种超导电力装备交流损耗的实时监测与能耗控制技术制造技术

本发明专利技术属于超导电力技术领域，是一种超导电力装备交流损耗的实时监测与能耗控制技术，包括交流损耗测量模块、实时监测与显示模块及智能能耗控制模块。工作时，所述交流损耗快速测量模块对采集到的超导电压/电流信号进行快速测算，当实时监测模块监测到的交流损耗高于初始设定的安全阈值，则会输出报警信号，并自动启动智能能耗控制模块，通过基于智能控制策略的闭环控制方法，减小超导电力装备的输入电流幅值，或对低温制冷系统的制冷功率进行适配调控，最终及时将交流损耗控制在安全阈值内。该技术不仅可以有效避免超导电力装备产生过高的交流损耗与热量，大幅提高了超导装备安全性与可靠性，还可以实现节能减耗，降低运行成本，提高经济性。提高经济性。提高经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种超导电力装备交流损耗的实时监测与能耗控制技术


[0001]本专利技术属于超导电力
，更具体地，涉及一种适用于超导电力装备的交流损耗实时监测与系统能耗控制技术。

技术介绍

[0002]直流无阻、极低损耗是超导材料的本质属性，超导技术已在核聚变、加速器、电工电力、医疗等大科学工程及重要工业应用领域发挥至关重要作用。随着低温超导材料向高温超导材料的不断进步与发展，实用化超导材料的临界温度由4.2K提高到77K，限制超导性能的低温制冷技术瓶颈被逐渐打破，制冷效率相比提高40～50倍，制冷成本相比降低在原来的1/10以下。此外，近些年国产高温超导带材性能不断提升，具有一流的临界电流、较小的交流损耗、优异的绕制性能，同时层出不穷的新型超导线缆结构，进一步地降低了各向异性、提高了临界电流、减小了交流损耗，为发展超导电力装备提供了重要条件。
[0003]超导电力装备是利用高温超导体的无阻高密度载流能力和超导态—正常态本征属性发展起来的一种具有巨大发展潜力的先进电力装备，已发展出超导电缆、超导变压器、超导限流器、超导电机、大口径超导磁体、超导储能等重要类型，对于增大电力系统容量、节能减耗、减小体积、提高效率都有重要作用，将有力支撑国家双碳政策，具有重大战略发展价值。
[0004]但是随着超导电力技术的不断发展，超导电力装备的规模和容量不断增加，虽然在正常运行中传输交流电流时产生的交流损耗是极低的，但其产生的热量对于超导电力装备平稳安全运行不可忽略。因为超导电力装备需要配套的低温制冷系统为其稳定运行维持良好的低温环境，传输交流电过程中产生的热损耗若不能被冷却系统及时带走，将会导致超导电力装备的局部位置产生温升，温升会造成超导体的临界电流不断降低，反过来进一步使得超导电力装备产生更多的交流损耗和热量，最终导致局部温度快速升高。此时若冷却系统足够强大，则局部温升区域不会进一步延伸到其它位置。但若是冷却系统的制冷功率不足以抑制此热损耗功率，局部温升区域的温度将会不断升高，并且热量将会在超导电力装备上进行迅速扩散，导致更多的区域产生温升，当温升超过超导临界温度后，超导局部温度将会呈指数上升，如果未能及时地采取补救措施以进行抑制，作为超导电力装备核心的超导单元甚至整个电力装备最终都将被烧坏。
[0005]此外，由超导交流损耗产生的热量对超导电力装备的经济效益及能耗评估也有重要的影响。当交流损耗逐渐累积导致热量阶跃性不断增大而引起温升后，配套的冷却系统工作负荷被迫加大，若冷却系统设计功率不合理，则会造成功率过大能耗增加、成本增加，经济效益性降低等问题。同时只有当超导电力装备的交流损耗和配套冷却系统的能耗之和小于普通电力装备的损耗时，超导电力装备才具有大规模投入运行的经济效益意义。
[0006]交流损耗作为一个重要性能指标成为影响大容量超导电力装备运行稳定性和经济成本的重大关键因素之一。因此对核心超导单元进行交流损耗的实时监测与系统能耗控制对超导电缆输电、高电压等级超导限流器、高场超导磁体、高功率密度超导发电机等前沿
科学领域具有重要意义。
[0007]由于超导电力装备阻感电压分量相差较大，导致交变电流下的阻性损耗分量测量难度很大，成为影响超导电力装备运行安全性的一个瓶颈问题，如何快速精准地实时监测交流损耗并实现对超导系统的闭环反馈控制，对于保障超导电力装备性能、可靠性和经济性至关重要。
[0008]传统超导交流损耗研究主要集中在计算仿真及实验研究方面，尚无涉及到交流损耗的实时监测与系统能耗控制相关技术方法。且传统测量方法主要依托锁相放大器等精密仪器进行锁相测量，对输入信号的波形质量要求很高，因此存在锁相周期长、易受外部干扰、难以短时间准确测量、使用负载范围小等问题，无法满足超导电力装备的复杂工况交流损耗需要实时监测的测量需求。
[0009]因此本专利技术专利针对以上超导电力装备安全稳定运行所面临的问题，提出了一种装备级交流损耗的评估与控制技术，实现超导电力装备“快速、精准、范围广、智能”的交流损耗测量评估、实时监测与能耗控制能力。

技术实现思路

[0010]为了避免超导电力装备在运行中面临由于交流损耗过大导致装备发热、甚至由于失超导致电力装备烧坏等严重影响运行效率与安全性的问题，本专利技术提供了一种适用于超导电力装备交流损耗实时测量监测与智能能耗控制技术。
[0011]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方法如下：
[0012]一种超导电力装备交流损耗实时监测与智能能耗控制技术，其特征在于，包括交流损耗快速测量模块、数据实时监测模块及系统能耗智能控制模块三大部分。所述交流损耗快速测量模块包括多通道高精度数据采集系统与超导交流损耗快速测算程序；在工作中，首先通过所述多通道高精度数据采集卡采集到超导电力装备的模拟电压信号与模拟电流信号，并将其转换成数字信号后输送到超导交流损耗快速测量程序中进行测算，数据结果输送到所述数据实时监测模块进行精准实时显示。所述数据实时监测模块包括PC界面显示系统与NI
‑
LabVIEW图形化开发平台，用于接收、存储、显示上述测得的超导电压与电流信号；在工作中，数据实时监测模块首先接收由上述测量模块传输过来的数字电压/电流信号，之后在图形化开发平台中以时变曲线快速响应并实时显示，便于操作人员实时掌握超导电力装备在运行过程中的交流损耗变化情况。所述系统能耗智能控制模块包括高精度快响应控制器系统与智能控制策略程序；在工作中，当上述实时监测模块监测到的交流损耗数据超过了初始设定的安全阈值，则会输出报警信号提醒操作人员，并自动启动系统能耗智能控制模块，通过PID控制策略与神经网络智能控制策略相结合的快速响应闭环控制方法，对超导电力装备的输入电流幅值进行减小调控，或对低温制冷系统的输出制冷量进行增大的适配调控，最终实现及时将交流损耗幅值控制在安全稳定范围内的目标。
[0013]优选的，所述超导交流损耗快速测算程序，基于数字信号调理实现同频正交信号的精准获取，开发解调滤波技术实现超导电压阻性信号的清晰识别及交流损耗快速测算，该测量程序降低了对传统测量方法中补偿线圈测量回路的依赖，提高了交流损耗测量的响应速度与多通道/多单元同时监测能力。
[0014]优选的，所述数据实时监测模块，不仅可以显示超导交流损耗实时测量结果，还可
以实时显示交流损耗测量瞬时值的累加结果，此外还可以实时显示初始输入电压与电流信号波形、流经超导单元的电流信号波形与超导单元两端的电压信号波形；并可以根据实际监测需要，以模块形式附加温度实时监测模块、失超监测模块等，实时显示功能强大，可调节性好，可读性好。
[0015]优选的，所述数据实时监测模块，实时波形控件经常在循环结构中使用，用来保留与显示以前采集到的数据，并追加新产生的数据，将这些数据以连续更新的方式进行显示。
[0016]优选的，所述系统能耗智能控制模块，针对传输电流可调的超导电力装备，例如超导电机、超导磁体等，开发了PID双闭环综合控制系统，当实时监测到的交流损耗结果高于设定阈值时，PID双闭环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超导电力装备交流损耗的实时监测与能耗控制技术，其特征在于，包括交流损耗快速测量模块、数据实时监测模块及系统能耗智能控制模块；所述交流损耗快速测量模块包括多通道高精度数据采集系统与超导交流损耗快速测算程序，通过所述数据采集卡采集到超导模拟电压信号与模拟电流信号，并将其转换成数字信号后输送到超导交流损耗快速测量程序中进行测算；所述数据实时监测模块包括PC界面显示系统与NI
‑
LabVIEW图形化开发平台，用于接收、存储、实时显示上述测得的超导电压与电流信号；所述系统能耗智能控制模块包括高精度快响应控制器系统与智能反馈控制程序，当交流损耗值超过了初始设定的安全阈值，则会输出报警信号提醒操作人员，并自动启动系统能耗智能控制模块，减小输入电流或增大输出制冷功率，进行适配调控。2.如权利要求1所述的超导电力装备交流损耗的实时监测与能耗控制技术，其特征在于，所述交流损耗快速测量模块基于数字信号调理实现同频正交信号的精准获取，开发解调滤波技术实现超导电压阻性信号的清晰识别及交流损耗快速测算。3.一种超导电力装备交流损耗实时监测与能耗控制方法，特征在于，所述控制方法包括：通过正交信号相干检测方法对超导交流损耗进行快速测量；对测量到的交流损耗情况进行实时监测与显示，并与安全阈值比较，做出判断指令；根据接收到的指令，通过能耗控制模块对超导电力装备的运...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文将，闫炬壮，诸嘉慧，胡君同，白明亮，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：