超導磁體失超檢測中電壓隔離校正電路的設計

摘要：采用有源功率檢測法，設計和制作了超導混合儲能磁體能量儲存系統的失超檢測中的電壓隔離校正裝置。該裝置用于隔離超導線圈的干擾信號，以及消除串聯線圈電感分量，是混合磁體失超檢測中的重要環節。通過搭建高溫超導線圈的實驗裝置，在高溫超導儲能磁體上進行失超檢測的實驗研究，得出了電壓矯正前后的線圈電壓波形，驗證了本實驗裝置可行性與合理性。
關鍵詞：有源功率檢測法；超導儲能；失超檢測；電壓隔離校正

0 引言
超導儲能系統具有大功率、高靈敏度、小體積，低損耗等諸多優勢，在工業和科研領域得到廣泛的應用。尤其是在輸電電網中，能夠解決用電高峰和低谷期電網輸電的供求矛盾，提高電網的電能容量，增強系統的穩定性。因此，超導儲能因為其得天獨厚的優點，成為未來最具潛力的儲能裝置。超導儲能系統在運行時，內部線圈會因為瞬間高壓、局部高熱以及過載應力等電磁和機械擾動，使系統處在失超狀態，易受損且可靠性下降。故研究失超保護系統有助于延長超導儲能裝置的穩定性和壽命，是推廣超導儲能系統應用的重要一環。而設計研發高靈敏度的失超檢測裝置，預先監測超導系統運行指標，更是失超保護系統的焦點所在。
本文在超導儲能混合磁體的失超檢測系統中，為該系統設計一套光耦隔離與校正電路，用于檢測串聯超導磁體線圈的失超電壓，同時將該電壓與干擾信號隔離，并相應地放大或縮小單線圈電壓，消除作為干擾因素的串聯線圈感生電壓分量。該電路有效提高失超保護系統的可靠性，滿足超導儲能系統失超保護的要求。

1 失超檢測裝置的設計原理與分析
失超檢測流程如圖1所示。

以下著重闡述電壓隔離矯正部分的機理：
在電壓隔離校正環節中，超導線圈L1和L2上的電壓v1和v2經過電壓隔離校正電路后，一方面隔離超導線圈端的干擾信號；另一方面調整光耦隔離放大電路的參數，消除電感量帶來的差別。超導線圈在縱軸方向上串聯連接，故不考慮互感的影響。根據實際超導儲能混合磁體的特點，采取有源功率檢測法，并對電壓差測量環節進行了校正，如圖2所示。
r1和r2，L1和L2分別為超導線圈的電感和失超電阻。有源功率檢測法通過測量P=[(L1-L2)di／dt+(r1-r2)i]i=[(L1-L2)di／dt]i+(r1-r2)i2的值來檢測失超。由于誤判斷是由于感應電壓差(L1-L2)di／dt引起的，對v2進行L1／L2倍放大，得到(L1／L2)v2，再經過電壓差測量環節與v1進行比較，得v1-(L1／L2)v2=0，消除了感應電壓產生的影響。