CN102707174A - 电阻型超导限流器运行状态检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电阻型超导限流器运行状态检测系统及检测方法，属于电力应用技术领域。该检测系统包括信号预处理单元、数据采集单元、控制单元、以及显示单元。该检测方法包括预处理步骤、采集步骤、控制步骤、以及显示步骤。本发明可对超导限流器运行状态进行检测监控，并将其运行状态可视化，还可在超导限流器故障时报警，便于监控人员观测。本发明为监测超导限流器状态提供了具有友好人机交互界面的检测系统和方法，为超导限流器的大规模应用做好准备。

Description

电阻型超导限流器运行状态检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及一种电阻型超导限流器运行状态检测系统及检测方法，属于电力应用技术领域。

背景技术

在众多超导电力设备中，超导限流器被国际学术界和工业界公认为是将率先进入产业化的设备。目前无论从市场需求角度还是技术成熟度角度来看，我国已经完全具备开发并推广超导限流器的条件。在此历史机遇下，确立电阻型超导限流器的示范工程并向超高压领域的超导限流器迈进，无疑具有广阔的市场前景。

将超导限流器应用到电力系统中会有许多优势，其中最直观的优势就是能延缓断路器的升级，仅此一项就会为用户节省巨额资金。在10kV-35kV电压等级，一台超导限流器的预计价格与一套断路器价格相当，而随着电压等级的升高，超导限流器的价格优势将越发明显。应用于500kV变电站的GIS断路器完整串需耗资3000万元左右，而500kV三相超导限流器在量产后的预计成本仅为1000万元以内(采用自主研发的二代超导材料)，且安装一台超导限流器可以延缓整条线路上多个断路器的升级。此外，超导带材的价格也在逐年下降。综合上述因素，将超导限流器应用到超高压和特高压领域，其价格优势将非常明显。

与传统的限流设备或限流方法相比，超导限流器的优势非常明显。传统的限流方法均存在一定负面效果，如将电网解裂运行会降低供电可靠性；提高输电电压等级刚需要大量的资金投入；串联电抗器会造成很大的电能损失；Is-Limiter需要外部设备激发其动作，而且动作后无法自动复位。正是由于存在这些弊端，使得传统限流方法在如此强烈的市场需求下仍没有实现大规模应用。

超导限流器可解决城市500kV电网双环网运行问题。电力系统中的某些问题必须通过超导限流器才能得以解决，上海市500kV电网的双环网运行就是一个典型例子。上海市电网于2005年就已经建成500kV双环网结构，但由于短路容量超标问题一直解环运行。要解决该问题，只需在环网连接位置添加超导限流器即可限制短路电流并实现环网运行。届时将大幅度提高上海市电网的供电质量，在不增加基础设施建设的情况下大幅度增加送电容量，减少停电事故或拉闸限电的发生。这对上海地区电网建设乃至地区经济发展将产生不可估量的作用。

超导限流器还可解决分布式电源并网引发的短路容量超标问题。在10kV-35kV电压等级，超导限流器也有着广泛的应用前景。分布式可再生能源如风力发电，太阳能光伏电池屋顶工程等是未来清洁能源网络的重要组成部分，但是其并网问题一直是制约该类能源发展的主要因素之一。向某区域电网中引入额外的独立发电机组会大幅度提高该区域电网的短路电流，这样至使一些短路容量已接近瓶颈的区域很难再引入分布式的独立电源。在这种情况下，一般要采取将发出的电能先升压后并网的方式，但是需要额外投入一台变压器。采用超导限流器则可以允许分布式电源直接接入地区电网，超导限流器的作用是在短路发生时屏蔽掉该独立电源对本区域短路电流推高的影响。

超导限流器是唯一一种能够满足理想限流设备要求的装置，这也是世界各国均大力推进超导限流器的研发和产业化的原因。超导限流器一旦成功产业化将迅速占领大量限流器领域市场份额。但是，目前尚未出现能有效检测超导限流器状态的技术手段，这已成为阻碍超导限流器产业化的重要因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术存在的问题，提供一种电阻型超导限流器运行状态检测系统及检测方法，便于监控人员监测超导限流器状态，有利于实现超导限流器的大规模应用。

为实现上述目的，本发明提供一种电阻型超导限流器运行状态检测系统，其特征是，包括：

用以预处理超导限流器输出信号的信号预处理单元；用以接收预处理后信号并将该信号经模数转换为数据的数据采集单元；用以控制数据采集单元、并根据数据运算出超导限流器运行状态参数的控制单元；以及，用以显示超导限流器运行状态参数的显示单元。

本发明检测系统进一步完善的技术方案是：所述控制单元包括：用以控制数据采集单元开启、关闭、接收并转换信号的信号采集模块；用以读取数据采集单元的数据、并将该数据分别发送至人机交互模块和数据处理模块的数据分发模块；用以开启和关闭数据库、将数据分发模块的数据插入数据库、按人机交互模块的要求提供查询结果的数据处理模块；以及，用以向显示单元发出超导限流器运行状态的实时参数、历史参数、或故障报警的人机交互模块。

本发明还提供一种采用前述电阻型超导限流器运行状态检测系统的检测方法，其特征是，包括：

由信号预处理单元预处理超导限流器输出信号的预处理步骤；由数据采集单元接收预处理后信号并将该信号经模数转换为数据的采集步骤；由控制单元控制数据采集单元、并根据数据运算出超导限流器运行状态参数的控制步骤；以及，由显示单元显示超导限流器运行状态参数的显示步骤。

本发明进一步完善的技术方案为：所述控制步骤包括：

由信号采集模块控制数据采集单元开启、关闭、接收并转换信号的信号采集步骤；由数据分发模块读取数据采集单元的数据、并将该数据分别发送至人机交互模块和数据处理模块的数据分发步骤；由数据处理模块开启和关闭数据库、将数据分发模块的数据插入数据库、按人机交互模块的要求提供查询结果的数据处理步骤；以及，由人机交互模块向显示单元发出超导限流器运行状态的实时参数、历史参数、或故障报警的人机交互步骤。

本发明可对超导限流器运行状态进行检测监控，并将其运行状态可视化，还可在超导限流器故障时报警，便于监控人员观测。本发明为监测超导限流器状态提供了具有友好人机交互界面的检测系统和方法，为超导限流器的大规模应用做好准备。

附图说明

图1为本发明实施例检测系统的结构示意图。

图2为图1实施例控制单元的结构示意图。

图3为图1实施例控制单元信号采集模块的工作流程示意图。

图4为图1实施例控制单元数据分发模块的工作流程示意图。

图5为图1实施例控制单元人机交互模块的工作流程示意图。

图6为图1实施例控制单元数据处理模块的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例

如图1所示，本实施例的电阻型超导限流器运行状态检测系统包括：用以预处理超导限流器输出信号的信号预处理单元；用以接收预处理后信号并将该信号经模数转换为数据(即A/D转换)的数据采集单元；用以控制数据采集单元、并根据数据运算出超导限流器运行状态参数的控制单元；以及，用以显示超导限流器运行状态参数的显示单元。

信号预处理单元将超导限流器输出的电压信号、电流信号、温度信号、液面信号分别转化处理成符合数据采集单元接收要求的信号。具体而言，信号预处理单元包括处理电压信号的电压互感器、处理电流信号的电流互感器、处理温度信号的热电偶(有多个，分布于超导体四周)、以及处理液面信号的液位计，其中热电偶输出端与差分放大器输入端连接，从而放大mV级信号。预处理前各信号强度范围：电压：±100V，电流：±20V，温度：±10mV，液面：±5V；预处理后生成的各信号强度范围均为±10V。具体实施时，本实施例信号预处理单元设有五路电压信号预处理通道(每秒数据量约为97kbytes)、六路电流信号预处理通道(每秒数据量约为117k bytes)、十三路温度信号预处理通道(每秒数据量约为253k bytes)、以及一路液面信号预处理通道(每秒数据量约为19k bytes)，各通道的采样频率均为0.1-10kHz，所有通道的每秒总数据量约为486k bytes。

数据采集单元将信号经模数转换为数据后经通讯线路(如PCI总线)传送至控制单元。具体实施时，数据采集单元包括两数据采集卡，其中之一负责转换五路电压信号、六路电流信号、及第一至第五路温度信号，另一采集卡负责转换第六至第十三路温度信号、及一路液面信号。

如图2所示，控制单元包括信号采集模块、数据分发模块、数据处理模块、以及人机交互模块。

如图3所示，信号采集模块可控制数据采集单元开启、关闭、接收并转换信号。信号采集模块的具体工作步骤为：(1)收到外部开始指令后配置数据采集单元的参数(如：采用通道、采样率、采样模式等)；(2)控制数据采集单元开启；(3)控制数据采集单元初始化、将其重试次数数值置零、并清空其缓冲区；(4)控制数据采集单元将接收的预处理后信号经模数转换为数据；(5)控制数据采集单元将所得数据存入缓冲区，供数据分发模块读取。此外，信号采集模块处理通讯故障的具体工作步骤为：(1)检测是否存在通讯故障，若存在则进入下一步，若不存在则控制数据采集单元初始化、将其重试次数置零、并清空其缓冲区；(2)控制数据采集单元将其重试次数数值加一；(3)检测重试次数数值是否超出预定数值，若超出则进入下一步，若未超出则控制数据采集单元初始化、将其重试次数置零、并清空其缓冲区；(4)检测数据采集单元是否已停止接收信号，或者是否收到外部结束指令，若两者至少之一为是则控制数据采集单元关闭，信号采集结束；若两者均为否则控制数据采集单元初始化、将其重试次数置零、并清空其缓冲区。

如图4所示，数据分发模块可读取数据采集单元的数据、并将该数据分别发送至人机交互模块和数据处理模块。数据分发模块的具体工作步骤为：(1)将数据采集单元缓冲区中的数据读入存储器，供数据处理模块读取；(2)查询人机交互模块是否发出显示更新请求，若是则进入下一步，若否则转向第(1)步；(3)判断当前读入数据是否为实时数据，若是则将该数据发送至人机交互模块；若否则转向第(1)步。

如图5所示，人机交互模块可向显示单元发出超导限流器运行状态的实时参数、历史参数、或故障报警。人机交互模块的具体工作步骤为：(1)接收并判断用户指令的类型，当类型为实时参数请求时进入下一步，当类型为历史参数请求时进入第(4)步；(2)接收数据分发模块发来的数据；(3)根据数据运算出超导限流器运行状态实时参数并发送至显示单元；同时判断超导限流器运行状态实时参数是否超出预定范围，若超出则向显示单元发出故障报警；(4)根据用户指令生成查询条件，并将该条件发至数据处理模块；(5)接收数据处理模块发来的数据作为查询结果；(6)根据查询结果运算出超导限流器运行状态历史参数并发送至显示单元。

如图6所示，数据处理模块可开启和关闭数据库、将数据分发模块的数据插入数据库、按人机交互模块的要求提供查询结果。数据处理模块的具体工作步骤为：(1)当收到外部开始指令时开启数据库；(2)从数据分发模块的存储器读取数据，并将该数据插入数据库；(3)当收到人机交互模块发来的查询条件时，根据查询条件在数据库中查找对应数据，并将该数据发至人机交互模块；(4)当收到外部结束指令时关闭数据库。

本实施例检测系统最高采样频率可以达到10kHz，并实现触发式采样功能，正常工作情况下采样率为0.1kHz，短路发生时采样率跃变为10kHz，以便监测短路过程中限流器运行状态；采样系统的最大通道数多达25个；可对超导限流器的电压、电流、温度、内部液面信号进行检测监控，并将电压、电流、温度、内部液面分布情况可视化，还可在超导限流器故障时报警，便于监控人员观测。

本实施例为监测超导限流器状态提供了具有友好人机交互界面的检测系统和方法，为超导限流器的大规模应用做好准备。

Claims (10)

1.一种电阻型超导限流器运行状态检测系统，其特征是，包括：

用以预处理超导限流器输出信号的信号预处理单元；

用以接收预处理后信号并将该信号经模数转换为数据的数据采集单元；

用以控制数据采集单元、并根据数据运算出超导限流器运行状态参数的控制单元；

以及，用以显示超导限流器运行状态参数的显示单元。

2.根据权利要求1所述的电阻型超导限流器运行状态检测系统，其特征是，所述控制单元包括：

用以控制数据采集单元开启、关闭、接收并转换信号的信号采集模块；

用以读取数据采集单元的数据、并将该数据分别发送至人机交互模块和数据处理模块的数据分发模块；

用以开启和关闭数据库、将数据分发模块的数据插入数据库、按人机交互模块的要求提供查询结果的数据处理模块；

以及，用以向显示单元发出超导限流器运行状态的实时参数、历史参数、或故障报警的人机交互模块。

3.一种采用权利要求1所述电阻型超导限流器运行状态检测系统的检测方法，其特征是，包括：

由信号预处理单元预处理超导限流器输出信号的预处理步骤；

由数据采集单元接收预处理后信号并将该信号经模数转换为数据的采集步骤；

由控制单元控制数据采集单元、并根据数据运算出超导限流器运行状态参数的控制步骤；

以及，由显示单元显示超导限流器运行状态参数的显示步骤。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征是，所述控制步骤包括：

由信号采集模块控制数据采集单元开启、关闭、接收并转换信号的信号采集步骤；

由数据分发模块读取数据采集单元的数据、并将该数据分别发送至人机交互模块和数据处理模块的数据分发步骤；

由数据处理模块开启和关闭数据库、将数据分发模块的数据插入数据库、按人机交互模块的要求提供查询结果的数据处理步骤；

以及，由人机交互模块向显示单元发出超导限流器运行状态的实时参数、历史参数、或故障报警的人机交互步骤。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征是，所述信号采集步骤中，所述信号采集模块的具体工作步骤为：

(1)收到外部开始指令后配置数据采集单元的参数；

(2)控制数据采集单元开启；

(3)控制数据采集单元初始化、将数据采集单元的重试次数数值置零、并清空数据采集单元的缓冲区；

(4)控制数据采集单元将接收的预处理后信号经模数转换为数据；

(5)控制数据采集单元将所得数据存入数据采集单元的缓冲区，供数据分发模块读取。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征是，所述信号采集步骤中，所述信号采集模块处理通讯故障的具体工作步骤为：

(1)检测是否存在通讯故障，若存在则进入下一步，若不存在则控制数据采集单元初始化、将其重试次数置零、并清空其缓冲区；

(2)控制数据采集单元将其重试次数数值加一；

(3)检测重试次数数值是否超出预定数值，若超出则进入下一步，若未超出则控制数据采集单元初始化、将其重试次数置零、并清空其缓冲区；

(4)检测数据采集单元是否已停止接收信号，或者是否收到外部结束指令，若两者至少之一为是则控制数据采集单元关闭，信号采集结束；若两者均为否则控制数据采集单元初始化、将其重试次数置零、并清空其缓冲区。

7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征是，所述数据分发步骤中，所述数据分发模块的具体工作步骤为：

(1)将数据采集单元缓冲区中的数据读入存储器，供数据处理模块读取；

(2)查询人机交互模块是否发出显示更新请求，若是则进入下一步，若否则转向第(1)步；

(3)判断当前读入数据是否为实时数据，若是则将该数据发送至人机交互模块；若否则转向第(1)步。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征是，所述人机交互步骤中，所述人机交互模块的具体工作步骤为：

(1)接收并判断用户指令的类型，当用户指令类型为实时参数请求时进入下一步，当用户指令类型为历史参数请求时进入第(4)步；

(2)接收数据分发模块发来的数据；

(3)根据数据运算出超导限流器运行状态实时参数并发送至显示单元；同时判断超导限流器运行状态实时参数是否超出预定范围，若超出则向显示单元发出故障报警；

(4)根据用户指令生成查询条件，并将该条件发至数据处理模块；

(5)接收数据处理模块发来的数据作为查询结果；

(6)根据查询结果运算出超导限流器运行状态历史参数并发送至显示单元。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征是，所述数据处理步骤中，所述数据处理模块的具体工作步骤为：

(1)当收到外部开始指令时开启数据库；

(2)从数据分发模块的存储器读取数据，并将该数据插入数据库；

(3)当收到人机交互模块发来的查询条件时，根据查询条件在数据库中查找对应数据，并将该数据发至人机交互模块；

(4)当收到外部结束指令时关闭数据库。

10.根据权利要求3至9任一项所述的检测方法，其特征是，所述预处理步骤中，所述信号预处理单元将超导限流器输出的电压信号、电流信号、温度信号、液面信号分别转化处理成符合数据采集单元接收要求的信号；所述信号预处理单元包括处理电压信号的电压互感器、处理电流信号的电流互感器、处理温度信号的热电偶、以及处理液面信号的液位计，其中热电偶输出端与差分放大器输入端连接；所述采集步骤中，所述数据采集单元将信号经模数转换为数据后经通讯线路传送至控制单元。

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