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(tǒng)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(lián)線圈電感分量，是混合磁體失超檢測中的重要環(huán)節(jié)。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(tǒng)具有大功率、高靈敏度、小體積，低損耗等諸多優(yōu)勢，在工業(yè)和科研領域得到廣泛的應用。尤其是在輸電電網(wǎng)中，能夠解決用電高峰和低谷期電網(wǎng)輸電的供求矛盾，提高電網(wǎng)的電能容量，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，超導儲能因為其得天獨厚的優(yōu)點，成為未來最具潛力的儲能裝置。超導儲能系統(tǒng)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(tǒng)處在失超狀態(tài)，易受損且可靠性下降。故研究失超保護系統(tǒng)有助于延長超導儲能裝置的穩(wěn)定性和壽命，是推廣超導儲能系統(tǒng)應用的重要一環(huán)。而設計研發(fā)高靈敏度的失超檢測裝置，預先監(jiān)測超導系統(tǒng)運行指標，更是失超保護系統(tǒng)的焦點所在。
本文在超導儲能混合磁體的失超檢測系統(tǒng)中，為該系統(tǒng)設計一套光耦隔離與校正電路，用于檢測串聯(lián)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(lián)線圈感生電壓分量。該電路有效提高失超保護系統(tǒng)的可靠性，滿足超導儲能系統(tǒng)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(huán)節(jié)中，超導線圈L1和L2上的電壓v1和v2經(jīng)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(shù)，消除電感量帶來的差別。超導線圈在縱軸方向上串聯(lián)連接，故不考慮互感的影響。根據(jù)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(huán)節(jié)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(jīng)過電壓差測量環(huán)節(jié)與v1進行比較，得v1-(L1／L2)v2=0，消除了感應電壓產生的影響。