超导磁体失超检测中电压隔离校正电路的设计

摘要：采用有源功率检测法，设计和制作了超导混合储能磁体能量储存系统的失超检测中的电压隔离校正装置。该装置用于隔离超导线圈的干扰信号，以及消除串联线圈电感分量，是混合磁体失超检测中的重要环节。通过搭建高温超导线圈的实验装置，在高温超导储能磁体上进行失超检测的实验研究，得出了电压矫正前后的线圈电压波形，验证了本实验装置可行性与合理性。
关键词：有源功率检测法；超导储能；失超检测；电压隔离校正

0 引言
超导储能系统具有大功率、高灵敏度、小体积，低损耗等诸多优势，在工业和科研领域得到广泛的应用。尤其是在输电电网中，能够解决用电高峰和低谷期电网输电的供求矛盾，提高电网的电能容量，增强系统的稳定性。因此，超导储能因为其得天独厚的优点，成为未来最具潜力的储能装置。超导储能系统在运行时，内部线圈会因为瞬间高压、局部高热以及过载应力等电磁和机械扰动，使系统处在失超状态，易受损且可靠性下降。故研究失超保护系统有助于延长超导储能装置的稳定性和寿命，是推广超导储能系统应用的重要一环。而设计研发高灵敏度的失超检测装置，预先监测超导系统运行指标，更是失超保护系统的焦点所在。
本文在超导储能混合磁体的失超检测系统中，为该系统设计一套光耦隔离与校正电路，用于检测串联超导磁体线圈的失超电压，同时将该电压与干扰信号隔离，并相应地放大或缩小单线圈电压，消除作为干扰因素的串联线圈感生电压分量。该电路有效提高失超保护系统的可靠性，满足超导储能系统失超保护的要求。

1 失超检测装置的设计原理与分析
失超检测流程如图1所示。

以下着重阐述电压隔离矫正部分的机理：
在电压隔离校正环节中，超导线圈L1和L2上的电压v1和v2经过电压隔离校正电路后，一方面隔离超导线圈端的干扰信号；另一方面调整光耦隔离放大电路的参数，消除电感量带来的差别。超导线圈在纵轴方向上串联连接，故不考虑互感的影响。根据实际超导储能混合磁体的特点，采取有源功率检测法，并对电压差测量环节进行了校正，如图2所示。
r1和r2，L1和L2分别为超导线圈的电感和失超电阻。有源功率检测法通过测量P=[(L1-L2)di／dt+(r1-r2)i]i=[(L1-L2)di／dt]i+(r1-r2)i2的值来检测失超。由于误判断是由于感应电压差(L1-L2)di／dt引起的，对v2进行L1／L2倍放大，得到(L1／L2)v2，再经过电压差测量环节与v1进行比较，得v1-(L1／L2)v2=0，消除了感应电压产生的影响。