CN114325122A - 一种三相超导电缆交流传输损耗测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三相超导电缆交流传输损耗测量方法及系统，包括：将三相超导电缆的三相引出后进行高压隔离；测量高压隔离后三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号；对三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行滤波；根据滤波后的三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行平衡校正及无感补偿交流损耗计算，得三相超导电缆的交流传输损耗，该方法及系统的测量精度高，成本低，且不易受外界环境的干扰，同时能够避免使用锁相放大器。
Description
技术领域
本发明属于超导电力技术领域，涉及一种三相超导电缆交流传输损耗测量方法及系统。
背景技术
高温超导体在超导态下通入直流电时表现出零电阻特性，不会产生损耗，因此超导材料在电力技术领域存在巨大的应用潜力。高温超导电缆在外部交变磁场条件下传输直流电或者传输交流电时由于二代高温超导带材的特性会产生一定的损耗，把这部分损耗称为交流损耗。交流损耗可分为磁滞损耗、涡流损耗、耦合损耗、铁磁损耗等。工频下，高温超导体的交流损耗以磁滞损耗为主。所谓磁滞损耗主要是指：超导体在传输交流电流或处于交变磁场中时，量子化磁通线不断切割超导体，克服超导体内的磁通钉扎势及表面势垒的阻碍而做功，从而产生的损耗。超导电缆产生的交流损耗以热能的形式引起能量耗散，必须通过循环的冷却介质带走产生的热量。因此，交流损耗的存在会加重制冷系统的负担，其大小直接关系到超导电缆的效率、运行成本及稳定性。为了研究三相超导电缆的运行特性，首先需要尽量准确的得到超导电缆稳态运行过程中所产生的交流损耗。当前对于三相超导电缆的交流损耗的数值计算不够精准，需要采用测试实验的方法获得准确结果。
当前，对于三相超导电缆及其他超导体的交流损耗的测量的实验研究，已发展了多种测量方法：电测法、热测法和磁测法。
电测法通过测量仪器获得超导电缆各相电流和同相位的端电压，由此测得三相超导电缆各相的交流损耗值。电测法测量过程简单，响应速度快，精度高，是目前测量交流损耗最为常用的方法，但易受到外界的电磁干扰。传统电测法通过使用锁相放大器来进行超导体传输交流损耗的测量，通过锁相该方法在国际上较为通用。使用锁相放大器捕捉获得超导电缆上与传输电流信号i同相位的阻性电压分量Ur，消除感性电压分量UL。该方法测量精确，响应速度快。但是在进行超导电缆交流损耗测量时，由于超导电缆的信号杂乱，参考信号易受干扰，相位捕捉不准确，经常会出现锁相无法锁定的情况。此外，锁相放大器的量程较小，在测量大电流或长超导电缆的交流损耗时，受接头电阻影响，测得的电压极易超出锁相放大器的量程，造成仪器的损坏。所以该测量方法仅适用于超导短样。采用补偿线圈装置的补偿法也是一种常见的超导电缆交流损耗测试方法，通过添加一组与超导电缆串接的主线圈和耦合的副线圈，利用线圈互感补偿抵消超导电缆中的感应电压，但需要手动或其他结构调整主副线圈的间距，测试过程复杂、灵活性差，成本高，对硬件性能的要求过高。对于交变磁场下超导体的短样和超导线圈的磁滞损耗，常采用探测线圈进行测量。
热测法常分为两种。一是通过热电偶或低温温度计测量超导电缆的温度上升量，进而转换求得超导电缆的传输交流损耗。或者测量冷却介质的挥发量，进而得到超导电缆的交流损耗值。热测法不易受到电磁干扰，且易于标定，适用面广，但热测法测量方式较为费时且精确度较低，适合用于电磁环境复杂或尺寸较大的超导电缆的交流损耗测试。
磁测法测量交流损耗是通过测量超导电缆的磁化强度实现的，这种方法测得的交流损耗为磁滞损耗。磁测法常分为两种，一是测量超导电缆交流磁化率的虚部。或是测量超导电缆的磁滞回线，并对测得的磁滞回线进行积分，进而得到超导电缆的磁滞损耗。磁测法响应速度快、灵敏性强，但易受到电磁环境的干扰，不易在大的超导电缆或环境复杂的状况下使用。
对于10kV高压环境下的三相同轴超导电缆的交流损耗测量，需要快速、精确的测得电缆各相的端电压和电流数据，且电磁环境较为复杂。综合考虑，热测法和磁测法不适合用于三相电缆的交流损耗测量。三相超导电缆的传输交流损耗需要三路独立的测量设备，若采用传统的锁相放大器法，测量三相电缆所需设备多，系统复杂，成本高，锁相放大器比较昂贵，量程小，且易损坏，不适宜用于10kV高压并网实验。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种三相超导电缆交流传输损耗测量方法及系统，该方法及系统的测量精度高，成本低，且不易受外界环境的干扰，同时能够避免使用锁相放大器。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明一方面，本发明提供了一种三相超导电缆交流传输损耗测量方法，包括：
将三相超导电缆的三相引出后进行高压隔离；
测量高压隔离后三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号；
对三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行滤波；
根据滤波后的三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行平衡校正及无感补偿交流损耗计算，得三相超导电缆的交流传输损耗。
本发明所述三相超导电缆交流传输损耗测量方法进一步的改进在于：
对滤波后的三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC进行平衡校正，根据平衡校正后的三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行无感补偿交流损耗计算，得三相超导电缆的交流传输损耗的具体过程为：
根据滤波后的三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC；
生成三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC，根据三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC及三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC计算出三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC；
根据滤波后三相超导电缆的三相电压信号usA、usB、usC以及与三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC计算补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC；
根据补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC以及滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC；
根据三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC以及滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC，根据三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC计算三相超导电缆的交流传输损耗QA、QB及QC。
所述根据滤波后三相超导电缆的三相电压信号usA、usB、usC以及三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC计算补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC之后还包括：
判断补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位是否一致，当补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位不一致时，则对三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC进行修改，使得补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位一致。
所述三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC分别为：
ucA＝diA/dt＝CA·cos(θA+ΦA)＝CA·cos(ΦA)·cos(θA)-CA·sin(ΦA)·sin(θA)
ucB＝diB/dt＝CB·cos(θB+ΦB)＝CB·cos(ΦB)·cos(θB)-CB·sin(ΦB)·sin(θB)
ucC＝diC/dt＝CC·cos(θC+ΦC)＝CC·cos(ΦC)·cos(θC)-CC·sin(ΦC)·sin(θC)
其中，CA为补偿基准电压信号ucA的幅值，CB为补偿基准电压信号ucB的幅值，CC为补偿基准电压信号ucC的幅值，θ为超导单元电流信号i的实时相位，ΦA为补偿基准电压ucA相较于电流信号iA的超前相位，ΦB为补偿基准电压ucB相较于电流信号iB的超前相位，ΦC为补偿基准电压ucC相较于电流信号iC的超前相位。
所述补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC为：UrA＝usA-kA·uCA＝(BA·cos(ψA)-kA·CA·cos(ΦA))·cos(θA)-(BA·sin(ψA)-kA·CA·sin(ΦA))·sin(θA)
urB＝usB-kB·uCB＝(BB·cos(ψB)-kB·CB·cos(ΦB))·cos(θB)-(BB·sin(ψB)-kB·CB·sin(ΦB))·sin(θB)
urC＝usC-kC·uCC＝(BC·cos(ψC)-kC·CC·cos(ΦC)·cos(θC)-(BC·sin(ψC)-kC·CC·sin(ΦC))·sin(θC)。
其中，kA、kB及kC分别为A相、B相及C相的补偿因子，BA、BB及BC分别为三相同轴超导电缆电流A相、B相及C相电压信号的幅值，CA、CB及CC分别为A相、B相及C补偿基准电压信号的幅值，ψ为超导单元电压信号相较于超导单元电流信号的超前相位，θ为超导单元电流信号i的实时相位，ΦA为补偿基准电压ucA相较于电流信号iA的超前相位，ΦB为补偿基准电压ucB相较于电流信号iB的超前相位，ΦC为补偿基准电压ucC相较于电流信号iC的超前相位。
所述三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC为：
udA＝urA+k2·iA＝BA·cos(ψA)·cos(θA)
udB＝urB+k2·iB＝BB·cos(ψB)·cos(θB)
udC＝urC+k2·iC＝BC·cos(ψC)·cos(θC)
其中，k2＝k·C·cos(Φ)/A，k2·iA为A相的误差修正信号，k2·iB为B相的误差修正信号，k2·iC为C相的误差修正信号，BA、BB及BC分别为三相同轴超导电缆电流A相、B相及C相电压信号的幅值，ψ为超导单元电压信号相较于超导单元电流信号的超前相位，θ为超导单元电流信号的实时相位。
所述三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC为：
PA＝udA·iA＝AA·BA·cos(ψA)·cos2(θA)
PB＝udB·iB＝AB·BB·cos(ψB)·cos2(θB)
PA＝udC·iC＝AC·BC·cos(ψC)·cos2(θC)。
其中，AA、AB及AC分别为三相同轴超导电缆电流A相、B相及C相电流信号的幅值，ψ为超导单元电压信号相较于超导单元电流信号的超前相位，BA、BB及BC分别为三相同轴超导电缆电流A相、B相及C相电压信号的幅值，θ为超导单元电流信号i的实时相位。
本发明二方面，本发明提供了一种三相超导电缆交流传输损耗测量系统，其特征在于，包括：
高压隔离模块，用于将三相超导电缆的三相引出后进行高压隔离；
电气信号采集模块，用于测量高压隔离后三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号；
带通滤波模块，用于对三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行滤波；
数据处理模块，用于根据滤波后的三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行平衡校正及无感补偿交流损耗计算，得三相超导电缆的交流传输损耗。
数据处理模块包括：
基准电压生成模块，用于对滤波后的三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC进行平衡校正，根据平衡校正后的三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC；
二分法补偿因子模块，用于生成三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC，根据三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC及三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC计算与三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC；
阻性电压分量生成模块，用于根据滤波后三相超导电缆的三相电压信号usA、usB、usC以及与三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC计算补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC；
误差修正模块，用于根据补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC以及滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC；
交流损耗计算模块，用于根据三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC以及滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC，根据三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC计算三相超导电缆的交流传输损耗QA、QB及QC。
相位差检测模块，用于判断补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位是否一致，当补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位不一致时，则对三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC进行修改，使得补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位一致。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的三相超导电缆交流传输损耗测量方法及系统在具体操作时，先对三相超导电缆的三相电位引出后进行高压隔离，将三相超导电缆各相的电压信号及电流信号转变为可采集的安全信号，以实现传输交流损耗的安全测量，另外，对三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行滤波，以消除低频及高频的杂波干扰信号，避免外界环境对测量的影响，提高测量的精度，然后进行无感补偿和修正，开展交流损耗计算，得到三相超导电缆的各相交流传输损耗，避免使用锁相放大器等硬件测量设备，降低了测量的成本，使得设备适用于高压测试环境，测量原理简单，不易损坏，操作方便、实用性极强。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为实施例一中在进行测量时的各电压和电流的向量图。
其中，1为高压隔离模块、2为电气信号采集模块、3为带通滤波模块、4为数据处理模块、41为基准电压生成模块、42为二分法补偿因子模块、43为阻性电压分量生成模块、44为误差修正模块、45为交流损耗计算模块、46为相位差检测模块。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等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，以便这里描述的本发明的实施例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。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例一
参考图1，本发明所述的三相超导电缆交流传输损耗测量方法包括：
1)将三相超导电缆的三相引出后进行高压隔离；
其中，所述三相超导电缆为采用超导带材、铜保护层、PPLP绝缘层、铜骨架绕制而成的三相同轴超导电缆，三相超导电缆在10kV高压电网中挂网运行。
2)测量高压隔离后三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号；
3)对三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行滤波；
具体的，消除掉低频和高频的杂波干扰信号，要求能够适应工频50Hz工况下的滤波需求，采用无限长单位冲激响应(IIR)滤波器的三阶Butterworth(巴特沃斯)拓扑结构，带通滤波模块3根据性能要求采用软件滤波或硬件滤波方式。该滤波分两步：第一步，对原始采集信号采用2N次微分滤掉高频成分，第二步，将滤掉高频的信号经4N次积分滤掉低频成分，最后再经2N次微分得到三相超导电缆电流信号与电压信号，其中，N为正整数。
得滤波后的三相超导电缆的三相电压信号usA、usB、usC及三相电流信号iA、iB、iC，然后分析各相电压信号与电流信号的相位及幅度信息，各相电压信号usA、usB、usC包括阻性电压分量及感性电压分量，其中，
iA＝AA·cos(θA)，iB＝AB·cos(θB)，iA＝AC·cos(θC)
usA＝BA·cos(θA+ψA)＝BA·cos(ψA)·cos(θA)-BA·sin(ψA)·sin(θA)
usB＝BB·cos(θB+ψB)＝BB·cos(ψB)·cos(θB)-BB·sin(ψB)·sin(θB)
usC＝BC·cos(θC+ψC)＝BC·cos(ψC)·cos(θC)-BC·sin(ψC)·sin(θC)
其中，A及B分别为三相同轴超导电缆电流各相信号i和电压信号us的幅值，θ为超导单元电流信号i的实时相位，ψ为超导单元电压信号us相较于超导单元电流信号i的超前相位，ψ∈(0，90°)之间的任意定值，B·cos(ψ)·cos(θ)为超导单元的同相电压成分。
4)根据滤波后的三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行平衡校正及无感补偿交流损耗计算，得三相超导电缆的交流传输损耗。
步骤4)的具体操作为：
41)判断滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC之间相位差是否互为120°，当三相超导电缆的三相电流信号相位差不满足互为120°时，则对三相超导电缆的三相电流信号的相位进行校正补偿，使其达到平衡状态；再根据三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC，其中，
ucA＝diA/dt＝CA·cos(θA+ΦA)＝CA·cos(ΦA)·cos(θA)-CA·sin(ΦA)·sin(θA)
ucB＝diB/dt＝CB·cos(θB+ΦB)＝CB·cos(ΦB)·cos(θB)-CB·sin(ΦB)·sin(θB)
ucC＝diC/dt＝CC·cos(θC+ΦC)＝CC·cos(ΦC)·cos(θC)-CC·sin(ΦC)·sin(θC)
其中，CA为补偿基准电压信号ucA的幅值，CB为补偿基准电压信号ucB的幅值，CC为补偿基准电压信号ucC的幅值，θ为超导单元电流信号i的实时相位，ΦA为补偿基准电压ucA相较于电流信号iA的超前相位，ΦB为补偿基准电压ucB相较于电流信号iB的超前相位，ΦC为补偿基准电压ucC相较于电流信号iC的超前相位。
42)生成三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC，根据三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC及三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC计算与三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC；
43)根据滤波后三相超导电缆的三相电压信号usA、usB、usC以及与三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC计算补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC；
UrA＝usA-kA·uCA＝(BA·cos(ψA)-kA·CA·cos(ΦA))·cos(θA)-(BA·sin(ψA)-kA·CA·sin(ΦA))·sin(θA)
urB＝usB-kB·uCB＝(BB·cos(ψB)-kB·CB·cos(ΦB))·cos(θB)-(BB·sin(ψB)-kB·CB·sin(ΦB))·sin(θB)
urC＝usC-kC·uCC＝(BC·cos(ψC)-kC·CC·cos(ΦC)·cos(θC)-(BC·sin(ψC)-kC·CC·sin(ΦC))·sin(θC)
其中，kA、kB及kC分别为A相、B相及C相的补偿因子，BA、BB及BC分别为三相同轴超导电缆电流A相、B相及C相电压信号的幅值，CA、CB及CC分别为A相、B相及C补偿基准电压信号的幅值，ψ为超导单元电压信号相较于超导单元电流信号的超前相位，θ为超导单元电流信号i的实时相位，ΦA为补偿基准电压ucA相较于电流信号iA的超前相位，ΦB为补偿基准电压ucB相较于电流信号iB的超前相位，ΦC为补偿基准电压ucC相较于电流信号iC的超前相位。
44)根据补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC以及滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC；
udA＝urA+k2·iA＝BA·cos(ψA)·cos(θA)
udB＝urB+k2·iB＝BB·cos(ψB)·cos(θB)
udC＝urC+k2·iC＝BC·cos(ψC)·cos(θC)
其中，k2＝k·C·cos(Φ)/A，k2·iA为A相的误差修正信号，k2·iB为B相的误差修正信号，k2·iC为C相的误差修正信号，近似为90度的定值，仅与模块采样间隔有关，BA、BB及BC分别为三相同轴超导电缆电流A相、B相及C相电压信号的幅值，ψ为超导单元电压信号相较于超导单元电流信号的超前相位，θ为超导单元电流信号的实时相位。
45)根据三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC以及滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC，根据三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC计算三相超导电缆的交流传输损耗QA、QB及QC。
PA＝udA·iA＝AA·BA·cos(ψA)·cos2(θA)
PB＝udB·iB＝AB·BB·cos(ψB)·cos2(θB)
PA＝udC·iC＝AC·BC·cos(ψC)·cos2(θC)。
其中，AA、AB及AC分别为三相同轴超导电缆电流A相、B相及C相电流信号的幅值，ψ为超导单元电压信号相较于超导单元电流信号的超前相位，BA、BB及BC分别为三相同轴超导电缆电流A相、B相及C相电压信号的幅值，θ为超导单元电流信号i的实时相位。
步骤4)还包括：判断补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位是否一致，当补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位不一致时，则对三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC进行修改，使得补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位一致，以消除各相的感性电压分量，即需满足：
BA·sin(ψA)-kA·CA·sin(ΦA)＝0
BB·sin(ψB)-kB·CB·sin(ΦB)＝0
BC·sin(ψC)-kC·CC·sin(ΦC)＝0。
实施例二
参考图2，本发明所述的三相超导电缆交流传输损耗测量系统包括：
高压隔离模块1，用于将三相超导电缆的三相引出后进行高压隔离；
电气信号采集模块2，用于测量高压隔离后三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号；
其中，所述电气信号采集模块2包括电压信号采集装置交流分流器以及多通道高精度动态数据采集卡。
带通滤波模块3，用于对三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行滤波；
数据处理模块4，用于根据滤波后的三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行平衡校正及无感补偿交流损耗计算，得三相超导电缆的交流传输损耗。
数据处理模块4包括：
基准电压生成模块41，用于对滤波后的三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC进行平衡校正，根据平衡校正后的三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC；
二分法补偿因子模块42，用于生成三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC，根据三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC及三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC计算与三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC；
阻性电压分量生成模块43，用于根据滤波后三相超导电缆的三相电压信号usA、usB、usC以及与三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC计算补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC；
误差修正模块44，用于根据补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC以及滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC；
交流损耗计算模块45，用于根据三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC以及滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC，根据三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC计算三相超导电缆的交流传输损耗QA、QB及QC；
相位差检测模块46，用于判断补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位是否一致，当补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位不一致时，则对三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC进行修改，使得补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位一致。
需要说明的是，本发明中的数据处理模块4及带通滤波模块3集成于可编程处理器中。
实施例三
本实施例为用于10kV高压三相超导电缆交流传输损耗测量的无感补偿测试系统，所述电气信号采集模块2选用交流电流分流器或带积分器的罗氏线圈，量程1～3000A，准确度≥0.2级(±0.2％)，频率响应10Hz～100kHz，输出电压范围0.1～10mV/A。交流分流器需要具有高带宽的特性，从直流到指定的频率上限都可以测量。根据三相超导电缆测试的需求，三相主电路均需配置一台电流信号采集装置。
图3为本发明在进行测量时的各电压和电流的向量图，以三相超导电缆中的任意一相作说明：其中：OL及ON分别表示超导单元电流信号i和电压信号us；OH表示补偿基准电压信号uc；OF表示补偿电压信号k·uc，与补偿基准电压信号uc同相位；FN表示补偿后电压信号ur，GF表示误差修正信号k2·i，即补偿电压引进误差，两个信号均与超导单元电流信号i同相位；OM表示超导单元的同相电压成分ud；∠LON及∠LOH分别表示超导单元电压信号us与补偿基准电压信号uc相较于超导单元电流信号i的超前相位ψ和Φ，其中，ψ和Φ均为恒定值，且Φ近似90度，仅与微分采样间隔相关。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种三相超导电缆交流传输损耗测量方法，其特征在于，包括：
将三相超导电缆的三相引出后进行高压隔离；
测量高压隔离后三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号；
对三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行滤波；
根据滤波后的三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行平衡校正及无感补偿交流损耗计算，得三相超导电缆的交流传输损耗。
2.根据权利要求1所述的三相超导电缆交流传输损耗测量方法，其特征在于，所述根据滤波后的三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行平衡校正及无感补偿交流损耗计算，得三相超导电缆的交流传输损耗的具体过程为：
对滤波后的三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC进行平衡校正，根据平衡校正后的三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC；
生成三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC，根据三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC及三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC计算三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC；
根据滤波后三相超导电缆的三相电压信号usA、usB、usC以及三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC计算补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC；
根据补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC以及滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC；
根据三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC以及滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC，根据三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC计算三相超导电缆的交流传输损耗QA、QB及QC。
3.根据权利要求2所述的三相超导电缆交流传输损耗测量方法，其特征在于，所述根据滤波后三相超导电缆的三相电压信号usA、usB、usC以及三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC计算补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC之后还包括：
判断补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位是否一致，当补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位不一致时，则对三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC进行修改，使得补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位一致。
4.根据权利要求2所述的三相超导电缆交流传输损耗测量方法，其特征在于，所述三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC分别为：
ucA＝diA/dt＝CA·cos(θA+ΦA)＝CA·cos(ΦA)·cos(θA)-CA·sin(ΦA)·sin(θA)
ucB＝diB/dt＝CB·cos(θB+ΦB)＝CB·cos(ΦB)·cos(θB)-CB·sin(ΦB)·sin(θB)
ucC＝diC/dt＝CC·cos(θC+ΦC)＝CC·cos(ΦC)·cos(θC)-CC·sin(ΦC)·sin(θC)
其中，CA为补偿基准电压信号ucA的幅值，CB为补偿基准电压信号ucB的幅值，CC为补偿基准电压信号ucC的幅值，θ为超导单元电流信号i的实时相位，ΦA为补偿基准电压ucA相较于电流信号iA的超前相位，ΦB为补偿基准电压ucB相较于电流信号iB的超前相位，ΦC为补偿基准电压ucC相较于电流信号iC的超前相位。
5.根据权利要求2所述的三相超导电缆交流传输损耗测量方法，其特征在于，所述补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC为：
UrA＝usA-kA·uCA＝(BA·cos(ψA)-kA·CA·cos(ΦA))·cos(θA)-(BA·sin(ψA)-kA·CA·sin(ΦA))·sin(θA)
urB＝usB-kB·uCB＝(BB·cos(ψB)-kB·CB·cos(ΦB))·cos(θB)-(BB·sin(ψB)-kB·CB·sin(ΦB))·sin(θB)
urC＝usC-kC·uCC＝(BC·cos(ψC)-kC·CC·cos(ΦC)·cos(θC)-(BC·sin(ψC)-kC·CC·sin(ΦC))·sin(θC)
其中，kA、kB及kC分别为A相、B相及C相的补偿因子，BA、BB及BC分别为三相同轴超导电缆电流A相、B相及C相电压信号的幅值，CA、CB及CC分别为A相、B相及C补偿基准电压信号的幅值，ψ为超导单元电压信号相较于超导单元电流信号的超前相位，θ为超导单元电流信号i的实时相位，ΦA为补偿基准电压ucA相较于电流信号iA的超前相位，ΦB为补偿基准电压ucB相较于电流信号iB的超前相位，ΦC为补偿基准电压ucC相较于电流信号iC的超前相位。
6.根据权利要求2所述的三相超导电缆交流传输损耗测量方法，其特征在于，所述三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC为：
udA＝urA+k2·iA＝BA·cos(ψA)·cos(θA)
udB＝urB+k2·iB＝BB·cos(ψB)·cos(θB)
udC＝urC+k2·iC＝BC·cos(ψC)·cos(θC)
其中，k2＝k·C·cos(Φ)/A，k2·iA为A相的误差修正信号，k2·iB为B相的误差修正信号，k2·iC为C相的误差修正信号，BA、BB及BC分别为三相同轴超导电缆电流A相、B相及C相电压信号的幅值，ψ为超导单元电压信号相较于超导单元电流信号的超前相位，θ为超导单元电流信号的实时相位。
7.根据权利要求2所述的三相超导电缆交流传输损耗测量方法，其特征在于，所述三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC为：
PA＝udA·iA＝AA·BA·cos(ψA)·cos2(θA)
PB＝udB·iB＝AB·BB·cos(ψB)·cos2(θB)
PA＝udC·iC＝AC·BC·cos(ψC)·cos2(θC)。
其中，AA、AB及AC分别为三相同轴超导电缆电流A相、B相及C相电流信号的幅值，ψ为超导单元电压信号相较于超导单元电流信号的超前相位，BA、BB及BC分别为三相同轴超导电缆电流A相、B相及C相电压信号的幅值，θ为超导单元电流信号i的实时相位。
8.一种三相超导电缆交流传输损耗测量系统，其特征在于，包括：
高压隔离模块(1)，用于将三相超导电缆的三相引出后进行高压隔离；
电气信号采集模块(2)，用于测量高压隔离后三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号；
带通滤波模块(3)，用于对三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行滤波；
数据处理模块(4)，用于根据滤波后的三相超导电缆的三相电压信号及三相电流信号进行平衡校正及无感补偿交流损耗计算，得三相超导电缆的交流传输损耗。
9.根据权利要求8所述的三相超导电缆交流传输损耗测量系统，其特征在于，数据处理模块(4)包括：
基准电压生成模块(41)，用于对滤波后的三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC进行平衡校正，根据平衡校正后的三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC；
二分法补偿因子模块(42)，用于生成三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC，根据三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC及三相超导电缆各相的感性基准电压ucA、ucB、ucC计算出三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC；
阻性电压分量生成模块(43)，用于根据滤波后三相超导电缆的三相电压信号usA、usB、usC以及与三相感性电压分量kAucA、kBucB、kCucC计算补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC；
误差修正模块(44)，用于根据补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC以及滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC；
交流损耗计算模块(45)，用于根据三相超导电缆的同相电压udA、udB、udC以及滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC计算三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC，根据三相超导电缆各相的实时交流损耗功率PA、PB、PC计算三相超导电缆的交流传输损耗QA、QB及QC。
10.根据权利要求9所述的三相超导电缆交流传输损耗测量系统，其特征在于，数据处理模块(4)还包括：
相位差检测模块(46)，用于判断补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位是否一致，当补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位不一致时，则对三相超导电缆的三相补偿因子kA、kB、kC进行修改，使得补偿后三相超导电缆的三相阻性电压分量urA、urB、urC与滤波后三相超导电缆的三相电流信号iA、iB、iC的相位一致。
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