調(diào)頻式諧振特高壓試驗電源的研制及應(yīng)用.pdf

1、隨著我國特高壓交流輸電工程的發(fā)展和特高壓交流電氣設(shè)備國產(chǎn)化能力的提升,無論是在特高壓交流輸電技術(shù)的研究上,還是在特高壓交流電氣設(shè)備的絕緣考核上都離不開特高壓交流試驗電源。因而展開特高壓交流試驗電源的研究具有重大意義,可極大推動我國特高壓電網(wǎng)的發(fā)展和提高其運行的穩(wěn)定性。目前,我國在特高壓交流試驗電源理論、關(guān)鍵技術(shù)和其工程應(yīng)用方面的研究較少。
　　 本論文以國家電網(wǎng)公司1000kV級交流特高壓輸變電工程關(guān)鍵技術(shù)—調(diào)頻式諧振特高壓試驗

2、電源(Ultra High Voltage Frequency Tuned Resonant Test PowerSupply,UHV-FTRTPS)項目為依托,以調(diào)頻式諧振特高壓試驗電源的理論研究和工程應(yīng)用為主線,研究內(nèi)容涵蓋了調(diào)頻式諧振特高壓試驗電源的基本工作原理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、主要結(jié)構(gòu)部件設(shè)計與制作、控制算法和特高壓交流輸電現(xiàn)場工程應(yīng)用等方面,形成了一套較為完善的關(guān)于調(diào)頻式諧振特高壓試驗電源的理論、關(guān)鍵技術(shù)、裝置研制與應(yīng)用方案。

3、>　　 在對調(diào)頻式諧振特高壓試驗電源通用結(jié)構(gòu)和基本諧振方式介紹的基礎(chǔ)上,對本論文提出的基于模擬放大器的UHV-FTRTPS基本原理和結(jié)構(gòu)進行了詳細(xì)闡述,深入研究了該類型特高壓試驗電源主要部件的電路及工藝特點、工作原理和關(guān)鍵參數(shù)的選取。并首次分析了被測試品容值(即特高壓電氣設(shè)備)的大小、整個電源重量與負(fù)載容性無功之間的關(guān)系、特高壓諧振電路品質(zhì)因數(shù)與UHV-FTRTPS輸出電壓信號頻率上限之間的關(guān)系,從理論上指出UHV-FTRTPS輸出信

4、號頻率上、下限分別為30和300 Hz較為合適。同時結(jié)合基于模擬放大器的UHV-FTRTPS電路的特點,對其調(diào)幅、調(diào)頻控制方法進行了深入研究。提出的智能調(diào)頻控制算法可以依據(jù)頻率誤差對頻率進行先‘粗調(diào)’后‘細(xì)調(diào)’,精度可達0.1Hz。提出的模糊最優(yōu)非線性PI調(diào)幅控制策略,在大偏差范圍內(nèi)采用模糊控制,以獲得更好的瞬態(tài)性能;在小偏差范圍內(nèi)采用最優(yōu)非線性PI控制,以獲得更好的穩(wěn)態(tài)性能及超調(diào)抑制性能。整個控制算法具有響應(yīng)速度快、魯棒性強的特點。<

5、br>　　 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,各種功率開關(guān)器件不斷面世,借鑒現(xiàn)代電力電子技術(shù),本論文提出一種基于不可控整流-H橋逆變的調(diào)頻式諧振特高壓試驗電源,介紹了它的基本工作原理和諧振原理。并對其大功率H橋逆變器的緩沖電路和輸出濾波器進行了優(yōu)化設(shè)計,從緩沖電路抑制IGBT關(guān)斷過電壓能力、自身損耗和器件投資三個方面出發(fā),建立了緩沖電路優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù);從大功率H橋逆變器輸出濾波器初期投資、輸出濾波器輸出電壓和電流信號畸變率、輸出濾波器基波壓

6、降幾個方面出發(fā),建立了輸出濾波器優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù);采用模糊優(yōu)化方法來求解這兩個多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)。對于該類型UHV-FTRTPS的調(diào)幅控制提出了電壓調(diào)節(jié)自調(diào)整PI控制方法、調(diào)頻控制提出了一種新的PI鎖相自動調(diào)頻控制方法,不僅具有計算量小、易于工程應(yīng)用的特點,而且還省去了頻率設(shè)定值。
　　 為了精確保證特高壓試驗電源整流輸入側(cè)電壓與電流同相位,最大程度消除UHV-FTRTPS對電網(wǎng)的影響,本論文提出基于可控PWM整流-H橋逆變的調(diào)頻

7、式諧振特高壓試驗電源結(jié)構(gòu)。針對可控PWM整流電路,提出了電源電壓辨識的PWM整流器控制策略。針對逆變器及特高壓諧振電路,提出以特高壓諧振電容電壓有效值為外環(huán),以逆變器輸出濾波器電容瞬時電流為內(nèi)環(huán)的調(diào)幅、調(diào)頻控制策略,因內(nèi)環(huán)被控量為正弦量,故采用一種多模遞推PID控制算法,能很好地消除周期變化信號所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差。為了得到特高壓試驗電源輸出信號最佳波形,在167-300Hz高頻率段采用同步SPWM調(diào)制,使逆變器輸出濾波器在具有較小體積的情

8、況下,獲得最佳載波比N;在30-167Hz低頻率段,采用特定次諧波消除方法在線計算各開關(guān)角度,消弱低次諧波,利于輸出濾波器濾除高次諧波;同時,還引入虛擬電阻到LCL輸出濾波器中,增強其濾波性能。
　　 本論文所研究的幾種不同結(jié)構(gòu)UHV-FTRTPS都擁有一個共同部分一特高壓無局放產(chǎn)生電路,包括:中間勵磁升壓變壓器、高壓諧振電抗器、高壓補償電抗器、高壓測量諧振電容器和均壓環(huán)。從工藝制作和現(xiàn)場需求出發(fā),給出了特高壓無局放產(chǎn)生電路各個

9、部件的詳細(xì)參數(shù)和制作過程,并保證了各個部件具有很小的局部放電量。同時對特高壓無局放產(chǎn)生電路的各個部件進行了型式試驗,試驗結(jié)果表明各個部件設(shè)計合理、符合標(biāo)準(zhǔn)要求。針對特變電工衡陽變壓器廠生產(chǎn)的特高壓變壓器的局部放電試驗,本論文提出了相應(yīng)的試驗方案;還針對特高壓交流試驗示范工程荊門變電站的1100kV等級GIS裝置的交流耐壓試驗,本論文也提出了相應(yīng)的試驗方案;使用本文研制的基于模擬放大器的大功率UHV-FTRTPS分別對特高壓變壓器和GIS