王碩 董艷明 王偉

摘 要：隨著特高壓電網(wǎng)的發(fā)展，特高壓交流試驗(yàn)電源逐漸成為進(jìn)行輸電技術(shù)試驗(yàn)研究的重要課題。在電力電子技術(shù)發(fā)展的大背景下，現(xiàn)階段我國(guó)相關(guān)研究人員已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)特高壓試驗(yàn)電源的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及系統(tǒng)頻率特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了一種新型的調(diào)頻式諧振特高壓試驗(yàn)電源設(shè)計(jì)方案。本文對(duì)其中的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)研究和探討，以期對(duì)實(shí)現(xiàn)其工程的有效應(yīng)用有一定的借鑒和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：參數(shù)設(shè)計(jì)；調(diào)頻式諧振；試驗(yàn)電源；交流特高壓

調(diào)頻式諧振特高壓試驗(yàn)電源（UHV-FTRTPS）的主要優(yōu)點(diǎn)在于耐壓特性好、電源輸入容量小、效率高等，除了能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)之外，還能在工廠以及實(shí)驗(yàn)室等進(jìn)行應(yīng)用，可謂有著巨大的應(yīng)用和研究?jī)r(jià)值。傳統(tǒng)意義上的調(diào)頻串聯(lián)諧振式高壓試驗(yàn)電源為保證額定容量的實(shí)現(xiàn)，多采用的是模擬器件產(chǎn)生正弦波的形式以實(shí)現(xiàn)多級(jí)功率的放大，但往往需要較高的成本，且結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜。在現(xiàn)階段電力電子器件發(fā)展的背景下，大功率開關(guān)器件等方面的工藝技術(shù)及發(fā)展應(yīng)用也有了更為廣泛的研究，但在調(diào)頻式諧振特高壓試驗(yàn)電源的相關(guān)研究卻鮮有涉及。因此，本文對(duì)其相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，將有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 新型調(diào)頻式諧振特高壓試驗(yàn)電源整體結(jié)構(gòu)

新型調(diào)頻式諧振特高壓試驗(yàn)電源的主要組成部分包括輸入濾波器、升壓變壓器、H橋逆變電路以及串聯(lián)諧振電路、輸入濾波器等部件組成，形成一個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（見圖1）。

如上圖所示，L2表示的是試驗(yàn)回路諧振電感，RL為其等效內(nèi)阻；T表示的是中間勵(lì)磁升壓變壓器；C2、C3分別表示的是分壓電壓器高壓、低壓臂電容。在這一結(jié)構(gòu)體系中，采用基于絕緣柵雙極晶體管（IGBT）模塊中的脈寬調(diào)制（PWM）逆變器，大功率正弦波的產(chǎn)生部分應(yīng)用的是電壓型H橋逆變器，充電應(yīng)用三相不可控整流電路。為保證濾波效果的增強(qiáng)，采用的是LC輸入濾波器。在此基礎(chǔ)下能有效防止電網(wǎng)中整流器諧波的進(jìn)入，抑制干擾現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，為減少開關(guān)損耗，系統(tǒng)中應(yīng)用的是RCD緩沖電路，斷開關(guān)關(guān)斷時(shí)的過沖電壓進(jìn)行抑制。這樣，就能實(shí)現(xiàn)在特定頻率下，保證各線路形成的串聯(lián)諧振電路處于諧振工作狀態(tài)，保證諧振電容兩端的電壓能夠輸出高達(dá)幾百萬伏，這也就能實(shí)現(xiàn)對(duì)特高壓變電設(shè)備是否合格進(jìn)行檢驗(yàn)的目的。

2 相關(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì)

基于以上分析，本文采用以大功率IGBT來產(chǎn)生正弦波的方式，并利用升壓電壓器，將串聯(lián)的諧振電路進(jìn)行放大，以保證電壓等級(jí)達(dá)到超高壓或特高壓。并在此基礎(chǔ)上，將輸出信號(hào)頻率的取值范圍定在30～300HZ。就整個(gè)電路來講，為保證各組成部分參數(shù)的合理性和科學(xué)性，還需要對(duì)其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體來講，參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括以下幾方面：

2.1 大功率H橋逆變器緩沖電路參數(shù)設(shè)計(jì)

由于IGBT的開關(guān)頻率較高，速度較快，容易產(chǎn)生較大的動(dòng)態(tài)損耗。甚至?xí)斐蛇^電壓現(xiàn)象，對(duì)逆變系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成不良的影響。因此，有必要采用開關(guān)輔助電路，即緩沖吸收電路，保證器件運(yùn)行的安全性。如圖2所示，采用的是RCD緩沖電路。其中，LS表示的是其等效電感，DS為緩沖二極管，RS為緩沖電阻。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)其參數(shù)進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要表現(xiàn)在三方面：首先在電路關(guān)斷時(shí)，要保證產(chǎn)生的尖峰電壓最小。其次，保證緩沖電路的總損耗最小，其主要包括緩沖電容的儲(chǔ)能以及開關(guān)損耗等。此外，還需要在RCD緩沖電路的投資上進(jìn)行考慮，保證其投資達(dá)到最小化。具體的校正算法可以通過遺傳方法進(jìn)行求解。

2.2 輸出濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行特高壓試驗(yàn)時(shí)，要求電流信號(hào)要接近正弦波。但由于使用的是載波對(duì)正弦信號(hào)波進(jìn)行調(diào)制，很容易造成波形的畸變，對(duì)自動(dòng)跟蹤諧振點(diǎn)的頻率控制造成極大的麻煩。因此，采用LC濾波器，對(duì)其參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括以下幾方面：濾波器的初期投資較少，且保證了輸出的電壓信號(hào)諧波含量在試驗(yàn)要求的最大允許值之下。此外，濾波器輸出的電流信號(hào)諧波含量也應(yīng)該在規(guī)定最大允許值的范圍內(nèi)。

2.3 高壓諧振電抗器參數(shù)設(shè)計(jì)

設(shè)置高壓諧振電抗器主要是將之與電容串聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)變壓器輸出電壓在特定頻率下的信號(hào)放大，得以產(chǎn)生特高壓等級(jí)的電壓。其主要由四節(jié)單臺(tái)的高壓電抗器組成，可根據(jù)試驗(yàn)的要求來進(jìn)行技術(shù)參數(shù)的計(jì)算和設(shè)計(jì)。一般采用的是空芯線圈制作繞組，以實(shí)現(xiàn)電抗器損耗在最大程度上的減小。同時(shí)諧振電感的設(shè)計(jì)參數(shù)也需要滿足最大負(fù)載容值等。

2.4 中間勵(lì)磁升壓變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中設(shè)置中間勵(lì)磁變壓器的目的是為獲得更高的諧振電路電壓做準(zhǔn)備。在試驗(yàn)中多為采用的是單相油浸自冷式勵(lì)磁變壓器，在高壓側(cè)設(shè)置三個(gè)相互獨(dú)立的容量繞組。在容量設(shè)計(jì)方面，由于實(shí)際中雜波問題的存在，因此一般采取的是增加系數(shù)的方式來實(shí)現(xiàn)變壓器容量的增加。在結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方面，為保證其參數(shù)設(shè)置的有效性，一般要采用優(yōu)質(zhì)銅箔實(shí)現(xiàn)平行繞制，保證繞組的平衡性。此外，還需要保證變壓器的絕緣性，提升其抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)局部放電量的減少。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，應(yīng)用IGBT結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)新型調(diào)頻式諧振特高壓試驗(yàn)電源的設(shè)計(jì)，為保證其設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可行性，就需要對(duì)其中各組成部分的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)的谷草衡中，也需要考慮到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)具體方案的設(shè)計(jì)，才能達(dá)到較好的設(shè)計(jì)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]盛君，張敏.變頻試驗(yàn)電源在電機(jī)試驗(yàn)中的應(yīng)用[J].變流技術(shù)與電力牽引，2007，（5）：57-6.

（作者單位：1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司錦州分部；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司技能培訓(xùn)中心）