CN116027830A - 一种超导磁体安全运行控制方法、装置、设备和介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导磁体安全运行控制方法、装置、设备和介质，响应于接收到的控制请求信息，确定控制请求信息对应的多个目标超导储能系统并获取对应的超导储能系统数据，采用多个超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个目标超导储能系统对应的目标极限功率，计算各个目标极限功率之间的和值，生成对应的第一目标响应功率，比较第一目标响应功率与预设的电网需求功率，若第一目标响应功率小于或等于电网需求功率，则将第一目标响应功率作为安全输出功率；实现了实时调节储能磁体运行状态，从而提高超导储能系统的安全稳定性的效果。同时采用多台SMES集中、分散布局的方式，解决单个SMES容量及功率不足的问题。

Description

一种超导磁体安全运行控制方法、装置、设备和介质

技术领域

本发明涉及超导磁体运行控制技术领域，尤其涉及一种超导磁体安全运行控制方法、装置、设备和介质。

背景技术

超导储能磁体的性能与温度密切相关，随着温度的升高其通流能力会急剧下降。超导储能磁体在充放电过程中会产生交流损耗，交流损耗的存在会造成磁体温度升高，进而使磁体的临界电流下降，温升过高的情况下会使磁体电流达到并超过临界电流从而损坏磁体。由此可见，超导磁体的温升是影响磁体安全稳定运行的关键参量。

目前，超导储能磁体的应用尚不广泛，对超导储能磁体运行时的保护亟待深入。由于超导储能磁体与制冷技术密切相关，当磁体温度过高时需要制冷机增大制冷功率以保护磁体，但磁体所采用的制冷机难以满足电气标准的响应，直接测温存在滞后性，往往在测温系统控制制冷机响应后超导磁体就已出现损坏，这将给超导磁体运行带来巨大风险，同时危及电网的稳定。为了避免运行过程中温升对磁体造成损坏，在超导磁体设计时会将磁体的工作电流取到临界电流的0.5～0.6倍，会造成了储能裕度的极大浪费，同时，采用传统的降功率控制策略，虽然保护了磁体的安全，但会导致电力系统功率的需求得不到满足，从而影响系统的稳定性。

发明内容

本发明提供了一种超导磁体安全运行控制方法、装置、设备和介质，解决了现有的为了避免运行过程中温升对磁体造成损坏，在超导磁体设计时会将磁体的工作电流取到临界电流的0.5～0.6倍，会造成了储能裕度的极大浪费，同时，采用传统的降功率控制策略，虽然保护了磁体的安全，但会导致电力系统功率的需求得不到满足，从而影响系统的稳定性的技术问题。

本发明第一方面提供的一种超导磁体安全运行控制方法，包括：

响应于接收到的控制请求信息，确定所述控制请求信息对应的多个目标超导储能系统并获取对应的超导储能系统数据；

采用多个所述超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个所述目标超导储能系统对应的目标极限功率；

计算各个所述目标极限功率之间的和值，生成对应的第一目标响应功率；

比较所述第一目标响应功率与预设的电网需求功率；

若所述第一目标响应功率小于或等于所述电网需求功率，则将所述第一目标响应功率作为安全输出功率。

可选地，所述超导储能系统数据包括初始电流数据、初始温度数据、充放电功率数据、充放电时间数据和充放电时间数据关联的充放电温升数据，所述采用多个所述超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个所述目标超导储能系统对应的目标极限功率的步骤之前，包括：

采用所述初始电流数据、所述初始温度数据、所述充放电功率数据和所述充放电时间数据作为目标特征；

采用所述充放电温升数据作为目标标签；

将所述目标特征与所述目标标签输入到预设的初始温升预测模型，得到训练预测温度值；

采用预设的Catboost算法结合所述训练预测温度值，对所述初始温升预测模型进行训练，生成目标温升预测模型。

可选地，所述采用多个所述超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个所述目标超导储能系统对应的目标极限功率的步骤，包括：

采用所述初始电流数据、所述初始温度数据、所述充放电功率数据和所述充放电时间数据输入预置的目标温升预测模型，生成对应的目标预测温度值；

比较所述目标预测温度值与预设的磁体临界温度值；

若所述目标预测温度值大于或等于所述磁体临界温度值，则将所述目标预测温度值关联的功率作为目标极限功率。

可选地，还包括：

若所述目标预测温度值小于所述磁体临界温度值，则按照预设梯度调整所述目标超导储能系统的磁体输出功率，并跳转执行所述比较所述目标预测温度值与预设的磁体临界温度值的步骤。

可选地，还包括：

若所述第一目标响应功率大于所述电网需求功率，则按照预设选取条件从多个所述目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统；

获取全部所述待分析超导储能系统对应的所述目标极限功率作为待分析极限功率；

计算各个所述待分析极限功率之间的和值，生成第二目标响应功率；

比较所述第二目标响应功率与所述电网需求功率；

若所述第二目标响应功率大于或等于所述电网需求功率，则获取所述待分析超导储能系统对应的功率分配数据；

若所述第二目标响应功率小于所述电网需求功率，则跳转执行所述若所述第一目标响应功率大于所述电网需求功率，则按照预设选取条件从多个所述目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统的步骤；

采用所述功率分配数据输入预置的功率分配模型，确定各个所述待分析超导储能系统对应的目标分配功率；

比较各个所述目标分配功率与关联的目标极限功率；

若各个所述目标分配功率均小于或等于关联的所述目标极限功率，则获取各个所述待分析超导储能系统对应的响应温度数据；

从多个所述响应温度数据中选取最大值作为目标温度数据；

比较所述目标温度数据与预设的比对温度数据；

若所述目标温度数据小于或等于所述比对温度数据，则计算各个所述目标分配功率之间的第三目标响应功率，并将所述第三目标响应功率作为安全输出功率。

可选地，还包括：

若任一所述目标分配功率大于关联的所述目标极限功率，则按照预设分配条件从多个所述待分析超导储能系统选取对应的待分析超导储能系统作为待分配超导储能系统，并跳转执行所述若所述第二目标响应功率大于或等于所述电网需求功率，则获取所述待分析超导储能系统对应的功率分配数据的步骤。

可选地，还包括：

若所述目标温度数据大于所述比对温度数据，则跳转执行所述若所述第一目标响应功率大于所述电网需求功率，则按照预设选取条件从多个所述目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统的步骤。

本发明第二方面提供的一种超导磁体安全运行控制装置，包括：

响应模块，用于响应于接收到的控制请求信息，确定所述控制请求信息对应的多个目标超导储能系统并获取对应的超导储能系统数据；

目标极限功率模块，用于采用多个所述超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个所述目标超导储能系统对应的目标极限功率；

第一目标响应功率模块，用于计算各个所述目标极限功率之间的和值，生成对应的第一目标响应功率；

第一比较模块，用于比较所述第一目标响应功率与预设的电网需求功率；

第一数据处理模块，用于若所述第一目标响应功率小于或等于所述电网需求功率，则将所述第一目标响应功率作为安全输出功率。

本发明第三方面提供的一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述任一项所述的超导磁体安全运行控制方法的步骤。

本发明第四方面提供的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一项所述的超导磁体安全运行控制方法。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

响应于接收到的控制请求信息，确定控制请求信息对应的多个目标超导储能系统并获取对应的超导储能系统数据，采用多个超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个目标超导储能系统对应的目标极限功率，计算各个目标极限功率之间的和值，生成对应的第一目标响应功率，比较第一目标响应功率与预设的电网需求功率，若第一目标响应功率小于或等于电网需求功率，则将第一目标响应功率作为安全输出功率；解决了现有的为了避免运行过程中温升对磁体造成损坏，在超导磁体设计时会将磁体的工作电流取到临界电流的0.5～0.6倍，会造成了储能裕度的极大浪费，同时，采用传统的降功率控制策略，虽然保护了磁体的安全，但会导致电力系统功率的需求得不到满足，从而影响系统的稳定性的技术问题；实现了实时调节储能磁体运行状态，通过储能磁体温度的预测，提前预知是否改变磁体功率输出状态，从而提高超导储能系统的安全稳定性的效果。同时采用多台SMES集中、分散布局的方式，解决单个SMES容量及功率不足的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种超导磁体安全运行控制方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种超导磁体安全运行控制方法的步骤流程图；

图3为本发明实施例二提供的各算法预测结果对比示意图；

图4为本发明实施例二提供的功率分配模型的具体功率分配流程图；

图5为本发明实施例二提供的一种超导磁体安全运行控制方法的控制流程图；

图6为本发明实施例二提供的功率波形、电流波形和温升波形示意图；

图7为本发明实施例二提供的3个SMES的功率波形、电流波形和温升波形示意图；

图8为本发明实施例二提供的未使用状态评估与使用状态评估示意图；

图9为本发明实施例二提供的储能磁体温度预测实验连接图；

图10为本发明实施例三提供的一种超导磁体安全运行控制装置的结构框图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种超导磁体安全运行控制方法、装置、设备和介质，用于解决现有的为了避免运行过程中温升对磁体造成损坏，在超导磁体设计时会将磁体的工作电流取到临界电流的0.5～0.6倍，会造成了储能裕度的极大浪费，同时，采用传统的降功率控制策略，虽然保护了磁体的安全，但会导致电力系统功率的需求得不到满足，从而影响系统的稳定性的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例一提供的一种超导磁体安全运行控制方法的步骤流程图。

本发明提供的一种超导磁体安全运行控制方法，包括：

步骤101、响应于接收到的控制请求信息，确定控制请求信息对应的多个目标超导储能系统并获取对应的超导储能系统数据。

控制请求信息，指的是针对超导磁体的运行所发出的控制请求。

超导储能系统，指的是SMES，是利用超导装置将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回电网或其他负载的电力装置。

超导储能系统数据，指的是用于构建目标温升预测模型的参数和用于确定目标极限功率的参数。

在本发明实施例中，响应于接收到的控制请求信息，确定控制请求信息对应的多个目标超导储能系统，并获取多个目标超导储能系统对应的超导储能系统数据。

步骤102、采用多个超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个目标超导储能系统对应的目标极限功率。

目标温升预测模型，指的是用于确定目标极限功率的预测模型，是采用超导储能系统数据对初始温升预测模型进行训练，所生成的目标温升预测模型。

在本发明实施例中，将获取到的多个超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型中，得到目标超导储能系统对应的目标极限功率。

步骤103、计算各个目标极限功率之间的和值，生成对应的第一目标响应功率。

目标极限功率，指的是目标超导储能系统的目标预测温度值大于或等于磁体临界温度值时对应的最大极限功率。

第一目标响应功率，指的是所有目标超导储能系统对应的目标极限功率的和值。

在本发明实施例中，将所有目标超导储能系统对应的目标极限功率进行和值运算，得到第一目标响应功率。

步骤104、比较第一目标响应功率与预设的电网需求功率。

电网需求功率，指的是电网内所需的最低标准需求功率。

在本发明实施例中，将计算得到的第一目标响应功率与预设的电网需求功率进行比较。

步骤105、若第一目标响应功率小于或等于电网需求功率，则将第一目标响应功率作为安全输出功率。

在本发明实施例中，若第一目标响应功率小于或等于电网需求功率，则确定第一目标响应功率作为安全输出功率，并将目标超导储能系统内的超导磁体的功率调整至第一目标响应功率。

在本发明实施例中，响应于接收到的控制请求信息，确定控制请求信息对应的多个目标超导储能系统并获取对应的超导储能系统数据，采用多个超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个目标超导储能系统对应的目标极限功率，计算各个目标极限功率之间的和值，生成对应的第一目标响应功率，比较第一目标响应功率与预设的电网需求功率，若第一目标响应功率小于或等于电网需求功率，则将第一目标响应功率作为安全输出功率；解决了现有的为了避免运行过程中温升对磁体造成损坏，在超导磁体设计时会将磁体的工作电流取到临界电流的0.5～0.6倍，会造成了储能裕度的极大浪费，同时，采用传统的降功率控制策略，虽然保护了磁体的安全，但会导致电力系统功率的需求得不到满足，从而影响系统的稳定性的技术问题；实现了实时调节储能磁体运行状态，通过储能磁体温度的预测，提前预知是否改变磁体功率输出状态，从而提高超导储能系统的安全稳定性的效果。同时采用多台SMES集中、分散布局的方式，解决单个SMES容量及功率不足的问题。

请参阅图2，图2为本发明实施例二提供的一种超导磁体安全运行控制方法的步骤流程图。

本发明提供的一种超导磁体安全运行控制方法，包括：

步骤201、响应于接收到的控制请求信息，确定控制请求信息对应的多个目标超导储能系统并获取对应的超导储能系统数据。

在本发明实施例中，步骤201的具体实施过程与步骤101类似，在此不再赘述。

值得一提的是，获取超导储能系统数据的具体步骤：

建立目标超导储能系统内的超导磁体的三维有限元分析模型，通过设置截面，将三维有限元分析模型等效为二维轴对称模型，二维轴对称模型用于计算超导磁体的交流损耗；基于交流损耗计算得到超导磁体的温升，从而获取多组不同初始电流、初始温度、充放电功率和充放电时间下超导磁体的充放电温升数据。

进一步地，超导储能系统数据包括初始电流数据、初始温度数据、充放电功率数据、充放电时间数据和充放电时间数据关联的充放电温升数据；

步骤202、采用初始电流数据、初始温度数据、充放电功率数据和充放电时间数据作为目标特征。

在本发明实施例中，采用初始电流数据、初始温度数据、充放电功率数据和充放电时间数据作为目标特征，

步骤203、采用充放电温升数据作为目标标签。

在本发明实施例中，采用充放电温升数据作为目标标签。

步骤204、将目标特征与目标标签输入到预设的初始温升预测模型，得到训练预测温度值。

训练预测温度值，指的是根据目标特征与目标标签输入到预设的初始温升预测模型生成的训练预测温度值。

在本发明实施例中，将目标特征与目标标签输入到预设的初始温升预测模型，得到训练预测温度值。

步骤205、采用预设的Catboost算法结合训练预测温度值，对初始温升预测模型进行训练，生成目标温升预测模型。

值得一提的是，采用Catboost算法作为温度预测算法，Catboost在梯度回归的基础上加入了类别特征的识别，不再需要将类别特征转换为数值型特征。此外Catboost算法通过采用梯度和牛顿步长的方法，解决了梯度偏差和预测偏移，提高了泛化能力。Catboost算法通过使用oblivious树为基预测器，将浮点特征、统计信息与one-hot编码进行二值化，从而实现了对类别特征的识别。在对梯度偏差进行处理时，该算法首先通过树的结构计算叶节点，然后采用梯度或牛顿步长来逼近两步叶节点值，从而提高了模型的泛化能力，降低了过拟合。相比于其他算法，Catboost算法对储能磁体温升的预测效果最好。图3为各算法预测结果对比(结果越靠近斜线准确度越高)。

在本发明实施例中，采用预设的Catboost算法结合训练预测温度值，对初始温升预测模型进行训练，生成目标温升预测模型。

步骤206、采用多个超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个目标超导储能系统对应的目标极限功率。

进一步地，步骤206可以包括以下子步骤：

S11、采用初始电流数据、初始温度数据、充放电功率数据和充放电时间数据输入预置的目标温升预测模型，生成对应的目标预测温度值。

在本发明实施例中，将获取到的初始电流数据、初始温度数据、充放电功率数据和充放电时间数据输入预置的目标温升预测模型，从而输出对应的目标预测温度值。

S12、比较目标预测温度值与预设的磁体临界温度值。

在本发明实施例中，将目标温升预测模型输出的目标预测温度值与磁体临界温度值进行比较。

S13、若目标预测温度值大于或等于磁体临界温度值，则将目标预测温度值关联的功率作为目标极限功率。

在本发明实施例中，若目标预测温度值大于或等于磁体临界温度值，则将目标预测温度值关联的功率作为目标极限功率。

进一步地，步骤206还可以包括以下子步骤：

S14、若目标预测温度值小于磁体临界温度值，则按照预设梯度调整目标超导储能系统的磁体输出功率，并跳转执行比较目标预测温度值与预设的磁体临界温度值的步骤。

在本发明实施例中，若目标预测温度值小于磁体临界温度值，则按照预设梯度调整目标超导储能系统的磁体输出功率，直到达到磁体临界温度值，并跳转执行比较目标预测温度值与预设的磁体临界温度值的步骤。

步骤207、计算各个目标极限功率之间的和值，生成对应的第一目标响应功率。

在本发明实施例中，步骤207的具体实施过程与步骤103类似，在此不再赘述。

计算第一目标响应功率的公式：

式中，P_real1表示第一目标响应功率；P_Mi表示目标极限功率；n表示目标超导储能系统的总数。

步骤208、比较第一目标响应功率与预设的电网需求功率。

在本发明实施例中，步骤208的具体实施过程与步骤104类似，在此不再赘述。

步骤209、若第一目标响应功率小于或等于电网需求功率，则将第一目标响应功率作为安全输出功率。

在本发明实施例中，若第一目标响应功率小于或等于电网需求功率，则将第一目标响应功率P_real1作为安全输出功率。

进一步地，还包括：

A101、若第一目标响应功率大于电网需求功率，则按照预设选取条件从多个目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统。

预设选取条件，指的是将多个目标超导储能系统按照对应的冷却后的初始温度从低到高进行排序，然后按照初始温度由低到高依次进行选取目标超导储能系统作为待分析超导储能系统。

在本发明实施例中，若第一目标响应功率大于电网需求功率，则将多个目标超导储能系统按照对应的冷却后的初始温度从低到高进行排序，然后按照初始温度由低到高依次进行选取目标超导储能系统作为待分析超导储能系统。

A102、获取全部待分析超导储能系统对应的目标极限功率作为待分析极限功率。

在本发明实施例中，获取全部确定为待分析超导储能系统关联的目标极限功率，目标极限功率由S11-S13得出，将获取到的目标极限功率作为待分析极限功率。

A103、计算各个待分析极限功率之间的和值，生成第二目标响应功率。

在本发明实施例中，将获取到的各个待分析极限功率进行和值运算，成第二目标响应功率。

计算第二目标响应功率的公式：

式中，P_real2表示第二目标响应功率；P_Mi2表示待分析极限功率；m表示待分析超导储能系统的总数。

A104、比较第二目标响应功率P_real2与电网需求功率P^*。

在本发明实施例中，将计算得到的第二目标响应功率与电网需求功率进行比较。

A105、若第二目标响应功率大于或等于电网需求功率，则获取待分析超导储能系统对应的功率分配数据。

在本发明实施例中，若第二目标响应功率大于或等于电网需求功率，则获取待分析超导储能系统对应的功率分配数据。

值得一提的是，功率分配数据指的是待分析超导储能系统对应的电感L_mi，耐压U_mi，初始电流I_0i，工作电流I_Ni，初始温度T_0i，温度阈值T_fi，功率增量ΔP，初始功率P_0i，响应时间t和误差允许值ε；值得一提的是，i指的是第几个待分析超导储能系统，待分析超导储能系统根据初始温度由低到高进行排序编号，初始温度最低的待分析超导储能系统编号为1，依次进行排序。

A106、若第二目标响应功率小于电网需求功率，则跳转执行若第一目标响应功率大于电网需求功率，则按照预设选取条件从多个目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统的步骤。

在本发明实施例中，若第二目标响应功率小于电网需求功率，则跳转若第一目标响应功率大于电网需求功率，则按照预设选取条件从多个目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统的步骤。重新选取新的待分析超导储能系统，值得一提的是，此时的待分析超导储能系统的数量比上一次的待分析超导储能系统的数量多一个，而增添的待分析超导储能系统的选取条件也是按照初始温度由低到高选取，也就是说，第一次选取初始温度最低的待分析超导储能系统，若是第二目标响应功率小于电网需求功率，则按照初始温度来选取初始温度第二低的待分析超导储能系统，然后两个待分析超导储能系统一起进行下一步分析，直至选取完全部的待分析超导储能系统。m＝m+1为算法语言，意为m在自身值的基础上加一。

A107、采用功率分配数据输入预置的功率分配模型，确定各个待分析超导储能系统对应的目标分配功率。

在本发明实施例中，根据获取到的功率分配数据输入预置的功率分配模型进行分配，从而确定各个待分析超导储能系统对应的目标分配功率。

值得一提的是，如图4所示，预置的功率分配模型的具体功率分配步骤：

获取电感L_mi，耐压U_mi，初始电流I_0i，工作电流I_Ni，初始温度T_0i，温度阈值T_fi，功率增量ΔP，初始功率P_0i，响应时间t、误差允许值ε和T_pr指由电感L_mi，耐压U_mi，初始电流I_0i，工作电流I_Ni行预测温度(predict)的计算；

计算每个待分析超导储能系统功率响应后的温度T_i，具体的计算步骤为S11；

若温度T_i小于温度阈值T_fi、各个待分析超导储能系统的温度极差小于误差允许值ε且各个待分析超导储能系统功率之和等于电网需求功率则输出对应的目标分配功率P_i；

若温度T_i不小于温度阈值T_fi或各个待分析超导储能系统的温度极差R(T_i)不小于误差允许值ε或各个待分析超导储能系统功率之和不等于电网需求功率，则将温度最高的待分析超导储能系统功率减小ΔP，温度最低的待分析超导储能系统功率增加ΔP，并跳转计算每个待分析超导储能系统功率响应后的温度T_i的步骤。

A108、比较各个目标分配功率与关联的目标极限功率。

在本发明实施例中，分别比较各个目标分配功率与关联的目标极限功率。

A109、若各个目标分配功率均小于或等于关联的目标极限功率，则获取各个待分析超导储能系统对应的响应温度数据。

在本发明实施例中，若各个目标分配功率均小于或等于关联的目标极限功率，则获取各个待分析超导储能系统对应的响应温度数据。

A110、若任一目标分配功率大于关联的目标极限功率，则按照预设分配条件从多个待分析超导储能系统选取对应的待分析超导储能系统作为待分配超导储能系统，并跳转执行若第二目标响应功率大于或等于电网需求功率，则获取待分析超导储能系统对应的功率分配数据的步骤。

在本发明实施例中，若是各个目标分配功率中存在大于关联的目标极限功率，则将该目标分配功率大于关联的目标极限功率的待分析超导储能系统作为待分配超导储能系统，并重新跳转执行若第二目标响应功率大于或等于电网需求功率，则获取待分析超导储能系统对应的功率分配数据的步骤，并重新获取该待分配超导储能系统的功率分配数据，然后进行功率分配，其他符合目标分配功率均小于或等于关联的目标极限功率则继续执行下一步操作。

值得一提的是，如图5所示，P_i指第i个磁体的分配功率，P_mi第i个磁体的极限功率；P^*＝P^*-P_i为算法程序语言表示，表示P^*减去P_i再赋值给本身。

A111、从多个响应温度数据中选取最大值作为目标温度数据。

在本发明实施例中，根据获取到的多个响应温度数据中选取最大的响应温度数据作为目标温度数据。

A112、比较目标温度数据与预设的比对温度数据。

在本发明实施例中，将目标温度数据Max(T₁,…,T_m)与预设的比对温度数据T_0m+1进行比较。

值得一提的是，预设的对比温度数据为参与分析的待分析超导储能系统的编号加一关联的待分析超导储能系统对应的初始温度。

A113、若目标温度数据小于或等于比对温度数据，则计算各个目标分配功率之间的第三目标响应功率，并将第三目标响应功率作为安全输出功率。

在本发明实施例中，若目标温度数据小于或等于比对温度数据，则将各个目标分配功率进行和值运算，得到第三目标响应功率，然后将第三目标响应功率作为安全输出功率，并将目标超导储能系统内的超导磁体的功率调整至第三目标响应功率P_real。

计算第三目标响应功率的公式：

式中，P_real3表示第三目标响应功率；P_i表示目标分配功率；m表示待分析超导储能系统的总数。

A114、若目标温度数据大于比对温度数据，则跳转执行若第一目标响应功率大于电网需求功率，则按照预设选取条件从多个目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统的步骤。

在本发明实施例中，若目标温度数据大于比对温度数据，则重新跳转执行若第一目标响应功率大于电网需求功率，则按照预设选取条件从多个目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统的步骤。

值得一提的是，如图5所示，A101-A114的具体流程步骤如下所示：

假设有n台SMES，按照初始温度从低到高依次编号为1～n，定义m为参与功率响应的SMES数量：

(1)根据每台SMES的超导储能系统数据，通过步骤201-步骤206计算每台SMES可以响应的目标极限功率。

(2)比较n台SMES的最大响应功率之和与电网功率需求P*，

如果n台SMES仍不足以满足系统功率需求，则每台SMES都按照其最大功率输出。

如果n台SMES可以满足系统功率需求，先投入一台SMES，从T₀最小的1号SMES开始投入。

如果1号SMES的功率输出满足系统需求，计算其参与功率响应后的温度T₁，比较T₁和2号SMES的初始温度T₀₂，如果T₁≤T₀₂，就只让1号SMES参与功率响应，否则让2号SMES也参与功率响应。

(3)令1号和2号SMES参与功率响应之后的温度相等，即T₁＝T₂，通过温度平衡算法得到两台SMES的目标分配功率P₁和P₂，以及参与功率响应之后的响应温度数据T₁和T₂，如果某台SMES超出其最大响应功率，则令此台SMES按其最大功率进行响应，其余SMES按照温度预测判断是否重新进行分配。

如果每台SMES分配到的功率都没有超出其最大响应功率，则判断磁体参与功率响应后的温度是否低于3号SMES的初始温度T₀₃，若没超过3号SMES的初始温度，则只让1和2号参与功率响应，其功率分别为P₁和P₂，否则引入3号SMES，直到n台SMES全部投入。

在本发明的一个示例中，以4个SMES为例，超导储能系统数据如表1所示，假如4个SMES冷却后的温度T₀分别为20K、22K、26K和28K，按照T₀从低到高的顺序，将4个SMES依次编号为SMES1～SMES4。

表1、超导储能系统数据

根据4个SMES的I_c1～I_c4分别为415A，411A，401A和396A，对应储能量E₀₁～E₀₄分别为2.74MJ，2.6MJ，2.6MJ和2.74MJ。

通过磁体最大响应功率算法计算得到考虑SMES温度的最大输出功率P_M1～P_M4分别为2.12MW，2.03MW，2.03MW和2.03MW。

根据图5所示流程，需要投入2个SMES才能满足系统需求，此时SMES1和SMES2分别需要输出2.05MW和0.45MW，功率波形和电流波形如图6中的(a)所示，磁体温升分别为2.78K和0.78K，参与功率响应之后磁体最高温度均为22.78K，磁体温升波形如图6中的(b)所示。

由上例可知，磁体温度最低的SMES1承担了主要的功率输出任务，磁体温度较高的SMES2做为功率补充，而磁体温度更高的SMES3和SMES4没有参与此次功率响应任务。在参与功率响应后，虽SMES1磁体的温升更高，但整个过程SMES1磁体的最高温度与SMES2相同，两者保持了相同的安全裕度。当其他参数不变，系统功率需求增加到6MW时，此时需要投入3个SMES，每个SMES的功率分配如表2所示。SMES1～SMES3需要输出的功率P_real1～P_real3分别为2.12MW，2.03MW和1.85MW，3个SMES的功率和电流波形如图7中的(a)所示。参与功率响应后SMES1～SMES3的温升分别为3.18K，2.33K和1.1K，整个过程最高温度分别为23.18K，24.33K和27.1K，温升波形如图7中的(b)所示。

由此可知，在电力系统功率需求增加到6MW后，SMES1～SMES3都需要参与响应任务，此时SMES1和SMES2都按照其能够响应的最大功率参与响应，不足的功率由SMES3进行补充。

表2、各个SMES的功率分配

值得一提的是，储能磁体温度预测实验连接图如图9所示，其中状态评估平台包括显示器、外接设备、锁相放大器、NI采集卡和功率法分析仪，其中显示器用于界面显示，外接设备用于数据写入和输出，锁相放大器、NI采集卡和功率法分析仪用于电压、电流和温度信号的采集，三种设备根据测量范围和精度的不同分别用于超导带材、超导线圈和超导磁体的测量。状态评估平台输出电流指令给信号发生器，信号发生器产生对应的电流波形，该波形经过功率放大器放大后给样品线圈供电，样品线圈的电压、电流和温度信号采集后传送至状态评估平台进行后续处理。在设置超导线圈的温度阈值为80K的情况下，两次逐渐增大磁体输出功率的情况下，状态评估平台都预测出磁体温度即将达到上限温度并将信息传给PCS系统从而降低超导线圈功率。与不采用控制手段相比，使用该状态评估平台后，可以有效的将超导线圈的温度限制到80K以下，如图8所示。

与不采用控制手段相比，使用该状态评估平台后，可以有效的将超导线圈的温度限制到80K以下，如图8所示。同时，与直接测温方法存在滞后性的问题相比，超导磁体极限功率为ms级更新，避免发生响应时间过长导致超导磁体出现损坏。不仅如此，ms级的功率预测增加了储能磁体的利用率，使得超导磁体设计时不需将磁体的工作电流取到临界电流的0.5～0.6倍，避免造成了储能裕度的极大浪费。

在本发明实施例中，响应于接收到的控制请求信息，确定控制请求信息对应的多个目标超导储能系统并获取对应的超导储能系统数据，采用多个超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个目标超导储能系统对应的目标极限功率，计算各个目标极限功率之间的和值，生成对应的第一目标响应功率，比较第一目标响应功率与预设的电网需求功率，若第一目标响应功率小于或等于电网需求功率，则将第一目标响应功率作为安全输出功率；解决了现有的为了避免运行过程中温升对磁体造成损坏，在超导磁体设计时会将磁体的工作电流取到临界电流的0.5～0.6倍，会造成了储能裕度的极大浪费，同时，采用传统的降功率控制策略，虽然保护了磁体的安全，但会导致电力系统功率的需求得不到满足，从而影响系统的稳定性的技术问题；实现了实时调节储能磁体运行状态，通过储能磁体温度的预测，提前预知是否改变磁体功率输出状态，从而提高超导储能系统的安全稳定性的效果。同时采用多台SMES集中、分散布局的方式，解决单个SMES容量及功率不足的问题。

请参阅图10，图10为本发明实施例三提供的一种超导磁体安全运行控制装置的结构框图。

本发明实施例提供了一种超导磁体安全运行控制装置，包括：

响应模块301，用于响应于接收到的控制请求信息，确定控制请求信息对应的多个目标超导储能系统并获取对应的超导储能系统数据。

目标极限功率模块302，用于采用多个超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个目标超导储能系统对应的目标极限功率。

第一目标响应功率模块303，用于计算各个目标极限功率之间的和值，生成对应的第一目标响应功率。

第一比较模块304，用于比较第一目标响应功率与预设的电网需求功率。

第一数据处理模块305，用于若第一目标响应功率小于或等于电网需求功率，则将第一目标响应功率作为安全输出功率。

进一步地，超导储能系统数据包括初始电流数据、初始温度数据、充放电功率数据、充放电时间数据和充放电时间数据关联的充放电温升数据，还包括：

目标特征获取模块，用于采用初始电流数据、初始温度数据、充放电功率数据和充放电时间数据作为目标特征。

目标标签获取模块，用于采用充放电温升数据作为目标标签。

训练预测温度值获取模块，用于将目标特征与目标标签输入到预设的初始温升预测模型，得到训练预测温度值。

目标温升预测模型构建模块，用于采用预设的Catboost算法结合训练预测温度值，对初始温升预测模型进行训练，生成目标温升预测模型。

进一步地，目标极限功率模块302包括：

目标预测温度值获取子模块，用于采用初始电流数据、初始温度数据、充放电功率数据和充放电时间数据输入预置的目标温升预测模型，生成对应的目标预测温度值。

温度值比较子模块，用于比较目标预测温度值与预设的磁体临界温度值。

目标极限功率确定子模块，用于若目标预测温度值小于或等于磁体临界温度值，则将目标预测温度值关联的功率作为目标极限功率。

进一步地，目标极限功率模块302还包括：

第一跳转子模块，用于若目标预测温度值大于磁体临界温度值，则按照预设梯度调整目标超导储能系统的磁体输出功率，并跳转执行比较目标预测温度值与预设的磁体临界温度值的步骤。

进一步地，还包括：

第二数据处理模块，用于若第一目标响应功率大于电网需求功率，则按照预设选取条件从多个目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统。

极限功率匹配模块，用于获取全部待分析超导储能系统对应的目标极限功率作为待分析极限功率。

第二目标响应功率获取模块，用于计算各个待分析极限功率之间的和值，生成第二目标响应功率。

第二比较模块，用于比较第二目标响应功率与电网需求功率。

第三数据处理模块，用于若第二目标响应功率大于或等于电网需求功率，则获取待分析超导储能系统对应的功率分配数据。

第四数据处理模块，用于若第二目标响应功率小于电网需求功率，则跳转执行若第一目标响应功率大于电网需求功率，则按照预设选取条件从多个目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统的步骤。

目标分配功率模块，用于采用功率分配数据输入预置的功率分配模型，确定各个待分析超导储能系统对应的目标分配功率。

第三比较模块，用于比较各个目标分配功率与关联的目标极限功率。

第五数据处理模块，用于若各个目标分配功率均小于或等于关联的目标极限功率，则获取各个待分析超导储能系统对应的响应温度数据。

选取模块，用于从多个响应温度数据中选取最大值作为目标温度数据。

第四比较模块，用于比较目标温度数据与预设的比对温度数据。

第六数据处理模块，用于若目标温度数据小于或等于比对温度数据，则计算各个目标分配功率之间的第三目标响应功率，并将第三目标响应功率作为安全输出功率。

进一步地，还包括：

第七数据处理模块，用于若任一目标分配功率大于关联的目标极限功率，则按照预设分配条件从多个待分析超导储能系统选取对应的待分析超导储能系统作为待分配超导储能系统，并跳转执行若第二目标响应功率大于或等于电网需求功率，则获取待分析超导储能系统对应的功率分配数据的步骤。

进一步地，还包括：

第八数据处理模块，用于若目标温度数据大于比对温度数据，则跳转执行若第一目标响应功率大于电网需求功率，则按照预设选取条件从多个目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统的步骤。

在本发明实施例中，响应于接收到的控制请求信息，确定控制请求信息对应的多个目标超导储能系统并获取对应的超导储能系统数据，采用多个超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个目标超导储能系统对应的目标极限功率，计算各个目标极限功率之间的和值，生成对应的第一目标响应功率，比较第一目标响应功率与预设的电网需求功率，若第一目标响应功率小于或等于电网需求功率，则将第一目标响应功率作为安全输出功率；解决了现有的为了避免运行过程中温升对磁体造成损坏，在超导磁体设计时会将磁体的工作电流取到临界电流的0.5～0.6倍，会造成了储能裕度的极大浪费，同时，采用传统的降功率控制策略，虽然保护了磁体的安全，但会导致电力系统功率的需求得不到满足，从而影响系统的稳定性的技术问题；实现了实时调节储能磁体运行状态，通过储能磁体温度的预测，提前预知是否改变磁体功率输出状态，从而提高超导储能系统的安全稳定性的效果。同时采用多台SMES集中、分散布局的方式，解决单个SMES容量及功率不足的问题。

本发明实施例的一种电子设备，电子设备包括：存储器及处理器，存储器中储存有计算机程序；计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如上述任一实施例的超导磁体安全运行控制方法。

存储器可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器具有用于执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码的存储空间。例如，用于程序代码的存储空间可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(CD)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。这些代码当由计算处理设备运行时，导致该计算处理设备执行上面所描述的方法中的各个步骤。

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被执行时实现如本发明任一实施例的超导磁体安全运行控制方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种超导磁体安全运行控制方法，其特征在于，包括：

响应于接收到的控制请求信息，确定所述控制请求信息对应的多个目标超导储能系统并获取对应的超导储能系统数据；

采用多个所述超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个所述目标超导储能系统对应的目标极限功率；

计算各个所述目标极限功率之间的和值，生成对应的第一目标响应功率；

比较所述第一目标响应功率与预设的电网需求功率；

若所述第一目标响应功率小于或等于所述电网需求功率，则将所述第一目标响应功率作为安全输出功率。

2.根据权利要求1所述的超导磁体安全运行控制方法，其特征在于，所述超导储能系统数据包括初始电流数据、初始温度数据、充放电功率数据、充放电时间数据和充放电时间数据关联的充放电温升数据，所述采用多个所述超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个所述目标超导储能系统对应的目标极限功率的步骤之前，包括：

采用所述初始电流数据、所述初始温度数据、所述充放电功率数据和所述充放电时间数据作为目标特征；

采用所述充放电温升数据作为目标标签；

将所述目标特征与所述目标标签输入到预设的初始温升预测模型，得到训练预测温度值；

采用预设的Catboost算法结合所述训练预测温度值，对所述初始温升预测模型进行训练，生成目标温升预测模型。

3.根据权利要求2所述的超导磁体安全运行控制方法，其特征在于，所述采用多个所述超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个所述目标超导储能系统对应的目标极限功率的步骤，包括：

采用所述初始电流数据、所述初始温度数据、所述充放电功率数据和所述充放电时间数据输入预置的目标温升预测模型，生成对应的目标预测温度值；

比较所述目标预测温度值与预设的磁体临界温度值；

若所述目标预测温度值大于或等于所述磁体临界温度值，则将所述目标预测温度值关联的功率作为目标极限功率。

4.根据权利要求3所述的超导磁体安全运行控制方法，其特征在于，还包括：

若所述目标预测温度值小于所述磁体临界温度值，则按照预设梯度调整所述目标超导储能系统的磁体输出功率，并跳转执行所述比较所述目标预测温度值与预设的磁体临界温度值的步骤。

5.根据权利要求1所述的超导磁体安全运行控制方法，其特征在于，还包括：

若所述第一目标响应功率大于所述电网需求功率，则按照预设选取条件从多个所述目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统；

获取全部所述待分析超导储能系统对应的所述目标极限功率作为待分析极限功率；

计算各个所述待分析极限功率之间的和值，生成第二目标响应功率；

比较所述第二目标响应功率与所述电网需求功率；

若所述第二目标响应功率大于或等于所述电网需求功率，则获取所述待分析超导储能系统对应的功率分配数据；

若所述第二目标响应功率小于所述电网需求功率，则跳转执行所述若所述第一目标响应功率大于所述电网需求功率，则按照预设选取条件从多个所述目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统的步骤；

采用所述功率分配数据输入预置的功率分配模型，确定各个所述待分析超导储能系统对应的目标分配功率；

比较各个所述目标分配功率与关联的目标极限功率；

若各个所述目标分配功率均小于或等于关联的所述目标极限功率，则获取各个所述待分析超导储能系统对应的响应温度数据；

从多个所述响应温度数据中选取最大值作为目标温度数据；

比较所述目标温度数据与预设的比对温度数据；

若所述目标温度数据小于或等于所述比对温度数据，则计算各个所述目标分配功率之间的第三目标响应功率，并将所述第三目标响应功率作为安全输出功率。

6.根据权利要求5所述的超导磁体安全运行控制方法，其特征在于，还包括：

若任一所述目标分配功率大于关联的所述目标极限功率，则按照预设分配条件从多个所述待分析超导储能系统选取对应的待分析超导储能系统作为待分配超导储能系统，并跳转执行所述若所述第二目标响应功率大于或等于所述电网需求功率，则获取所述待分析超导储能系统对应的功率分配数据的步骤。

7.根据权利要求5所述的超导磁体安全运行控制方法，其特征在于，还包括：

若所述目标温度数据大于所述比对温度数据，则跳转执行所述若所述第一目标响应功率大于所述电网需求功率，则按照预设选取条件从多个所述目标超导储能系统选取对应的目标超导储能系统作为待分析超导储能系统的步骤。

8.一种超导磁体安全运行控制装置，其特征在于，包括：

响应模块，用于响应于接收到的控制请求信息，确定所述控制请求信息对应的多个目标超导储能系统并获取对应的超导储能系统数据；

目标极限功率模块，用于采用多个所述超导储能系统数据输入预置的目标温升预测模型，确定多个所述目标超导储能系统对应的目标极限功率；

第一目标响应功率模块，用于计算各个所述目标极限功率之间的和值，生成对应的第一目标响应功率；

第一比较模块，用于比较所述第一目标响应功率与预设的电网需求功率；

第一数据处理模块，用于若所述第一目标响应功率小于或等于所述电网需求功率，则将所述第一目标响应功率作为安全输出功率。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7任一项所述的超导磁体安全运行控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1-7任一项所述的超导磁体安全运行控制方法。

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