專利名稱：一種基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測系統(tǒng)的制作方法
一種基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于光聲技術(shù)的超導(dǎo)磁體失超檢測系統(tǒng)及檢測方法，屬于電工技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于我國經(jīng)濟的告訴發(fā)展和電力資源的分布不平衡性，使得我國電力系統(tǒng)具有龐 大、復(fù)雜、互聯(lián)等特點的系統(tǒng)。一系列的挑戰(zhàn)和問題隨之出現(xiàn)。如增加電纜傳輸容量、降低 電網(wǎng)損耗、電力負荷的復(fù)雜性、電網(wǎng)的安全問題日益突出、對電能質(zhì)量的提高等等。超導(dǎo)技 術(shù)和電力技術(shù)的結(jié)合，形成超導(dǎo)電力技術(shù)，可以從根本上應(yīng)對上述挑戰(zhàn)、解決上述難題。采 用超導(dǎo)電力技術(shù)，提高單機容量和電網(wǎng)的輸送容量，降低電網(wǎng)的損耗，限制故障短路電流、 提高電網(wǎng)的安全性和改善電力系統(tǒng)動態(tài)特性改善電能的質(zhì)量、提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性 和可靠性、降低電壓等級、提高電網(wǎng)的安全性、降低電網(wǎng)的占地面積和電網(wǎng)的造價及電網(wǎng)的 改造成本，并使超大規(guī)模電網(wǎng)的實現(xiàn)成為可能。超導(dǎo)電力技術(shù)的核心是超導(dǎo)磁體的穩(wěn)定性化設(shè)計，其主要考慮如何防止超導(dǎo)體出 現(xiàn)常態(tài)區(qū)，或者一旦出現(xiàn)常態(tài)區(qū)時，如何設(shè)法使常態(tài)區(qū)不致擴散，并最終恢復(fù)超導(dǎo)態(tài)運行。 因為超導(dǎo)磁體的失超總是從某一點開始，雪崩式地迅速擴散至整個磁體，最終將磁體損壞。 因此，靈敏的失超檢測是很有必要的。對于超導(dǎo)磁體的失超檢測有過多種探索，包括冷卻媒體的溫升、壓力、流速檢測、 電壓檢測、超聲波檢測等多種方法。冷卻媒體的溫升、壓力、流速的變化必然依存于失超后 磁體上產(chǎn)生的熱量，存在一個時間滯后問題；超聲波檢測法靈敏度較高，對電流和溫度變化 都很敏感，能在超導(dǎo)電纜出現(xiàn)局部熱量積累或絕緣損壞而尚未發(fā)生失超時觀測到傳遞函數(shù) 的變化，預(yù)先采取一定的措施將失超損失減到最低。但該方法容易受外部電磁場干擾，而且 需附加一套超聲波發(fā)生接收裝置，在現(xiàn)場實現(xiàn)較困難。電壓檢測法和橋式電路檢測法都存 在噪聲干擾的問題。

發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測系 統(tǒng)，可以很好的解決橋式電路存在的問題。它對交流和直流電路同樣適用，且不受噪聲干擾 的影響。本發(fā)明提供的基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測系統(tǒng)依次包括第一和第二超導(dǎo) 線圈、電壓傳感器電路、差分運算放大器、絕對值電路、模擬乘法電路、低通濾波電路、比較 電路和輸出信號；第一和第二超導(dǎo)線圈上的電壓經(jīng)過電壓傳感器電路后作為差分運算放大 電路的輸人，由差分運算放大電路對輸入的電壓信號取差值，并對其進行放大，差分運算放 大電路將輸出信號K(U1-U2)輸入絕對值電路，絕對值電路對輸出信號K(U1-U2)取絕對值， 經(jīng)過模擬乘法電路實現(xiàn)有源功率檢測P = K (U1-U2) *i，K的大小由電路中的具體參數(shù)來確 定；根據(jù)改進后的有源功率檢測法，附加二階巴特沃斯低通濾波器，有源功率信號P經(jīng)過低通濾波器并使它在通帶范圍內(nèi)具有最平坦的幅頻響應(yīng)，在截止頻率附近具有較陡的幅頻特 性；比較電路根據(jù)檢測到的P值的大小，將輸出信號轉(zhuǎn)換為高電平或低電平，當超導(dǎo)線圈未 失超時，P值小于門閥電壓，輸出信號為高電平；當超導(dǎo)線圈失超時，P值大于門閥電壓，輸 出信號為低電平，這樣根據(jù)輸出信號就可以判斷超導(dǎo)是否失超。所述的電壓傳感器電路的構(gòu)造是第一超導(dǎo)線圈與第一限流電阻串聯(lián)后連接第一 霍爾電壓傳感器，第一霍爾電壓傳感器的輸出經(jīng)第三取樣電阻連接電路的輸出端，第二超 導(dǎo)線圈與第二限流電阻串聯(lián)后連接第二霍爾電壓傳感器，第二霍爾電壓傳感器的輸出經(jīng)第 四取樣電阻連接電路的另一輸出端，將此量輸出端作為差分運算放大電路的輸入端。經(jīng)過 絕對值電路，不僅能夠獲得與被測電壓成正比的電壓信號，而且可以對輸入信號中的電磁 干擾進行隔離，提高檢測精度。框圖所述中的差分放大電路和模擬乘法電路構(gòu)成一個差分放大及模擬乘法電路， 實現(xiàn)了模塊化設(shè)計。本發(fā)明中，差分運放選用精密低功耗儀表放大器INA128，R5和R6為限 流電阻，R7為增益電阻，其輸出為(1+50KΩ/R5) (U1-U2)。運放Al和Α2組成絕對值電路，對 前級電路的輸出信號取絕對值，該運放宜選用低功耗、高速度的集成運算放大器。模擬乘法 器選用精度高、線性度好的集成芯片RC4200，端口 Portl為與超導(dǎo)線圈串聯(lián)的分流器上的 電流，經(jīng)過模擬乘法電路實現(xiàn)有源功率檢測，P = (U1-U2)^i0本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果本發(fā)明提供了一種基于有源功率的新檢測方法，該方法能準確、快速、及時地檢測 超導(dǎo)磁體每次失超信號，保證了失超保護裝置及時準確的動作，進而保證了超導(dǎo)磁體的安 全穩(wěn)定運行。與電壓信號檢測法相比，該方法無需在每匝線圈上都安裝電壓傳感器，提高了 檢測靈敏度。與橋路電路檢測法相比，該方法能夠很好的不受噪聲干擾的影響，能很好的應(yīng) 用于交直流系統(tǒng)，克服了橋路電路檢測法用于交流電路時，外接電阻損耗能量的缺點。該輸 出信號可以與數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)結(jié)合，經(jīng)過軟件編程控制保護回路的及時動作，為 超導(dǎo)磁體提供一套快速實時的數(shù)字式失超保護裝置。

圖1為本發(fā)明的失超信號檢測系統(tǒng)框圖。圖2為本發(fā)明與數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)相結(jié)合的硬件結(jié)構(gòu)框3為本發(fā)明的電壓傳感器電路。圖4為本發(fā)明的差分放大及模擬乘法電路。圖5為有源功率檢測法，其中，圖5-1有源功率檢測法的原理圖；圖5-2為改進后的有源功率檢測法原理框圖。
具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述本發(fā)明如圖1所示。圖1給出了失超信號檢測系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)由超導(dǎo)線圈、電壓 傳感器電路、差分運算放大器、絕對值電路、模擬乘法電路、低通濾波電路、比較電路和輸出 信號八部分組成。其工作過程是超導(dǎo)線圈Ll和L2上的電壓經(jīng)過電壓傳感器電路后作為差分運算放大電路的輸人，該電路對輸入的電壓信號取差值，并可對其進行放大，輸出信號為 K (U1-U2)，絕對值電路對其取絕對值，經(jīng)過模擬乘法電路實現(xiàn)有源功率檢測P = K (U1-U2) ， K的大小由電路中的具體參數(shù)來確定。根據(jù)改進后的有源功率檢測法，附加低通濾波電路， 選用二階巴特沃斯低通濾波器，使其在通帶范圍內(nèi)具有最平坦的幅頻響應(yīng)，在截止頻率附 近具有較陡的幅頻特性。比較電路根據(jù)檢測到的P值的大小，將輸出信號轉(zhuǎn)換為高電平或 低電平，當超導(dǎo)線圈未失超時，P值小于門閥電壓，輸出信號為高電平；當超導(dǎo)線圈失超時， P值大于門閥電壓，輸出信號為低電平，這樣根據(jù)輸出信號就可以判斷超導(dǎo)是否失超。圖3是本發(fā)明的電壓傳感器電路。圖中L1和L2為超導(dǎo)線圈，R1和R2為限流電阻， R3和R4為取樣電阻，為了獲得良好的線性度，U1和U2采用霍爾電壓傳感器。這樣經(jīng)過隔離 電路，不僅能夠獲得與被測電壓成正比的電壓信號，而且可以對輸入信號中的電磁干擾進 行隔離，提高檢測精度。圖4是本發(fā)明的差分放大及模擬乘法電路。本發(fā)明中，差分運放選用精密低功耗 儀表放大器INA128，R3和R4為限流電阻，R5為增益電阻，其輸出為(1+50KQ/R5) (U1-U2)。運 放Al和A2組成絕對值電路，對前級電路的輸出信號取絕對值，該運放宜選用低功耗、高速 度的集成運算放大器。模擬乘法器選用精度高、線性度好的集成芯片RC4200，端口 Portl為 與超導(dǎo)線圈串聯(lián)的分流器上的電流，經(jīng)過模擬乘法電路實現(xiàn)有源功率檢測，P = (U1-U2)^i0圖2是本發(fā)明與數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)相結(jié)合的硬件結(jié)構(gòu)框圖。采用了模塊 化設(shè)計的思想，整個硬件裝置分為失超信號檢測裝置、數(shù)模轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模塊、鎖相環(huán)模 塊、控制模塊和接口模塊組成。其中信號調(diào)理模塊由放大電路和濾波電路組成；由于所選用 的DSP芯片功能強大，因此包括AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)處理模塊也包括了許多外圍存儲器 件；接口模塊主要由各種外圍接口的控制電路組成；鎖相環(huán)模塊和控制模塊是提升系統(tǒng)性 能的控制電路。以上所述可以看出，本發(fā)明除了能準確、快速、及時地檢測超導(dǎo)磁體的失超信號， 保證了失超保護裝置的及時動作，從而保證超導(dǎo)磁體的安全穩(wěn)定運行外，能完全反映超導(dǎo) 磁體失超后的電壓變化情況，對輸入信號中的電磁干擾進行隔離，提高檢測精度。而且該輸 出信號可以與數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)結(jié)合，經(jīng)過軟件編程控制保護回路的及時 作，為 超導(dǎo)儲能磁體提供一套快速實時的數(shù)字式失超保護裝置。
權(quán)利要求
一種基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)依次包括第一和第二超導(dǎo)線圈、電壓傳感器電路、差分運算放大器、絕對值電路、模擬乘法電路、低通濾波電路、比較電路和輸出信號；第一和第二超導(dǎo)線圈上的電壓經(jīng)過電壓傳感器電路后作為差分運算放大電路的輸人，由差分運算放大電路對輸入的電壓信號取差值，并對其進行放大，差分運算放大電路將輸出信號K(u1 u2)輸入絕對值電路，絕對值電路對輸出信號K(u1 u2)取絕對值，經(jīng)過模擬乘法電路實現(xiàn)有源功率檢測P＝K(u1 u2)*i，K的大小由電路中的具體參數(shù)來確定；根據(jù)改進后的有源功率檢測法，附加二階巴特沃斯低通濾波器，有源功率信號P經(jīng)過低通濾波器并使它在通帶范圍內(nèi)具有最平坦的幅頻響應(yīng)，在截止頻率附近具有較陡的幅頻特性；比較電路根據(jù)檢測到的P值的大小，將輸出信號轉(zhuǎn)換為高電平或低電平，當超導(dǎo)線圈未失超時，P值小于門閥電壓，輸出信號為高電平；當超導(dǎo)線圈失超時，P值大于門閥電壓，輸出信號為低電平，這樣根據(jù)輸出信號就可以判斷超導(dǎo)是否失超。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測系統(tǒng)，其特征在于所述 的電壓傳感器電路的構(gòu)造是第一超導(dǎo)線圈與第一限流電阻串聯(lián)后連接第一霍爾電壓傳感 器，第一霍爾電壓傳感器的輸出經(jīng)第三取樣電阻連接電路的輸出端，第二超導(dǎo)線圈與第二 限流電阻串聯(lián)后連接第二霍爾電壓傳感器，第二霍爾電壓傳感器的輸出經(jīng)第四取樣電阻連 接電路的另一輸出端，將此量輸出端作為差分運算放大電路的輸入端；經(jīng)過絕對值電路，不 僅能夠獲得與被測電壓成正比的電壓信號，而且可以對輸入信號中的電磁干擾進行隔離， 提高檢測精度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測系統(tǒng)，其特征在于框圖所 述中的差分放大電路和模擬乘法電路構(gòu)成一個差分放大及模擬乘法電路，實現(xiàn)了模塊化設(shè) 計；本發(fā)明中，差分運放選用精密低功耗儀表放大器INA128，R5和R6為限流電阻，R7為增益 電阻，其輸出為(1+50ΚΩ/&) (Ul-U2)。運放Al和A2組成絕對值電路，對前級電路的輸出信 號取絕對值，該運放宜選用低功耗、高速度的集成運算放大器。模擬乘法器選用精度高、線 性度好的集成芯片RC4200，端口 Portl為與超導(dǎo)線圈串聯(lián)的分流器上的電流，經(jīng)過模擬乘 法電路實現(xiàn)有源功率檢測，P = (U1-U2) *i。
全文摘要
一種基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測系統(tǒng)。包括第一和第二超導(dǎo)線圈、電壓傳感器電路、差分運算放大器、絕對值電路、模擬乘法電路、低通濾波電路、比較電路和輸出信號等。超導(dǎo)線圈上的電壓經(jīng)過電壓傳感器電路后作為差分運算放大電路的輸人，由該電路對輸入的電壓信號取差值，并對其進行放大，輸出信號為K(u1-u2)，絕對值電路對輸出信號取絕對值，再經(jīng)過模擬乘法電路實現(xiàn)有源功率檢測P＝K(u1-u2)*i。信號P經(jīng)過低通濾波器、比較電路后，根據(jù)檢測到的P值的大小，將輸出信號轉(zhuǎn)換為高電平或低電平，當超導(dǎo)線圈未失超時，P值小于門閥電壓，輸出信號為高電平；當超導(dǎo)線圈失超時，P值大于門閥電壓，輸出信號為低電平，這樣根據(jù)輸出信號就可以判斷超導(dǎo)是否失超。
文檔編號G01R31/00GK101975900SQ20101029912
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者劉思佳, 周雪松, 宋代春, 權(quán)博, 李圣明, 梁芳, 田程文, 陳浩, 馬幼捷 申請人:天津理工大學