适用于超导磁体或超导装备的综合型实时监控预警方法

摘要

本发明公开了一种适用于超导磁体或超导装备的综合型实时监控预警方法，从超导电性、超导相变等物理原理出发，结合超导微观原理和宏观现象，根据能量守恒定律、超导电性的非线性模型和超导相变过程中的比热变化等，设计了超导电性动态模型、基于超导电性动态模型的预警方法，基于温度变化量的闭环式控制方法和基于超导相变中比热突变的预警方法，具体为：超导磁体或超导装备在正常运行情况下，超导电性等通过对应的温度、磁场和电气量的传感器上送到超导运行监控平台中，监控平台将数据经过DFFT处理，得到相应的测量数值，分别送入超导电性动态模型，基于温度变化量的闭环式控制方法和基于超导相变中比热突变的失超预警方法，对数据做进一步的处理。

主权项

一种适用于超导磁体或超导装备的综合型实时监控预警方法，其特征在于：分为基于超导电性动态模型的预警方法、基于温度变化量的闭环式控制方法和基于超导相变中比热突变的预警方法三部分，对超导磁体或超导装备进行实时运行监测、控制和失超预判，具体包括如下步骤：(1)对超导磁体或超导装备运行时的电气量和非电气量进行采集，其中电气量包括超导磁通密度B、超导电压U和超导电流I，非电气量包括超导温度T和冷却液流速V；(2)初始化超导磁通密度临界值B_c、超导温度临界值T_c和超导电流临界值I_c；(3)基于超导电性动态模型的预警方法，具体包括如下步骤：(31)建立超导电性动态模型，根据超导磁体或超导装备的物理特性，超导温度T、超导磁通密度B和超导电流I三者之间存在确定的物理关系，根据其数学模型，建立函数关系，对该函数关系的非线性部分进行线性化处理，保留其一阶偏导部分，舍去二阶以上偏导部分，最终形成超导电性动态模型如下：$\left[\begin{array}{c}{B}_c^{\prime }\\ T_c^{\prime }\\ I_c^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{B}_c\\ T_c\\ I_c\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}1& \frac{\partial B_t}{\partial T_t}& \frac{\partial B_t}{\partial I_t}\\ \frac{\partial T_t}{\partial B_t}& 1& \frac{\partial T_t}{\partial I_t}\\ \frac{\partial I_t}{\partial B_t}& \frac{\partial I_t}{\partial T_t}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta B}}_t\\ {\mathrm{\Delta T}}_t\\ {\mathrm{\Delta I}}_t\end{array}\right]$其中，B_t、T_t和I_t为t时刻的超导磁通密度、超导温度和超导电流，ΔB_t＝B_t‑B_t‑1、ΔT_t＝T_t‑T_t‑1和ΔI_t＝I_t‑I_t‑1；根据上述超导电性动态模型计算得到B'_c、T_c'和I'_c后，更新B_c＝B'_c，T_c＝T_c'，I_c＝I'_c；(32)判断B_t≥B_c、T_t≥T_c或I_t≥I_c是否成立，若其中一个以上成立，则判断超导磁体或超导装备失超；(4)基于温度变化量的闭环式控制方法，具体包括如下步骤：(41)建立超导磁体或超导装备正常运行时，超导温度T和冷却液流速V的函数关系为：V＝a₀+a₁T+a₂T²；(42)利用超导磁体或超导装备正常运行下超导温度T的采样列表和对应时刻的冷却液流速V的采样序列，利用最近的三组以上数据动态辨识参数a₀、a₁和a₂；(43)根据辨识出的参数a₀、a₁和a₂，将最新的超导温度T带入函数V＝a₀+a₁T+a₂T²，计算得到对应的冷却液流速V，将计算得到的冷却液流速V作为控制目标，对冷却液流速进行调控；(5)基于超导相变中比热突变的预警方法，具体包括如下步骤：(51)计算电源输送到超导磁体或超导装备中的能量Q：Q＝P_t×Δt＝U_t×I_t×Δt其中，P_t为t时刻的电源实时输出功率，U_t为t时刻的超导电压，I_t为t时刻的超导电流，Δt为温度传感器的时间常数，即温度传感器有效地连续两次上送超导温度的时间间隔；(52)计算冷却液在Δt时间内的流动质量M_l：M_l＝ρ_l×V×Δt其中，ρ_l为冷却液密度，V为冷却液流速；(53)计算超导磁体或超导装备和冷却液温度变化需要的能量和Q'：Q'＝C_sM_sΔT+C_lM_lΔT其中，C_s为超导磁体或超导装备的比热，M_s为超导磁体或超导装备的质量，ΔT＝T_t‑T_t‑1为温度的变化率，C_l为冷却液的比热；(54)基于能量守恒定律Q＝Q'，计算的到C_s；(55)观测C_s是否发生突变，如果发生突变，即失超发生，给出失超预判信息，否则继续监测。