新型多功能10kV电压扰动发生器的设计
- 格式：pdf
- 大小：904.75 KB
- 文档页数：6
下载文档原格式
合集下载
110KV冲击电压发生器
T1 AC V K R0 D C T2 D R0 G0 R0 1 C R G C 4 R C R G C rt 6 3 R C R G C rt 8 5 R C R G C rt 10 7 R C G’ C2 9
rt
2
rf
rt
ห้องสมุดไป่ตู้
rf
rf
rf
rf
图 2 1000kV 冲击电压发生器电路图
图中 T1 ：单相调压器； T2 ：试验变压器；D1，D2：高压整流硅堆； r ：保护 电阻； R ：充电电阻； Rt ：波头电阻； R f ：波尾电阻； C1 ：各级电容； C ： 负荷电容； CT 2 、 CT 2 ：弱阻尼电容分压器的高压臂电容； CE ：弱阻尼电容分压 器的低压臂电容； ： RT 1 、 RT 2 分压器高压臂的弱阻尼电阻； S 0 ：点火球隙； S1 、
(二) 设计要求
1. 冲击电压发生器规范
DL／T848《高压试验装置通用技术条件》第5部分：冲击电压发生器部分规 定了冲击电压发生器装置（以下简称装置）的产品分类、技术要求、试验方法、 检验规则及标志、包装、运输和贮存。适用于额定电压为300kV~4700kV，额定 能量为5kJ~480kJ的冲击电压发生器装置的制造、使用的维修。 根据该规范，冲击电压发生器主要技术要求有： 1. 输出标准雷电冲击电压输出电压波形应符合GB/T 16927.1的规定： a）波前时间1.2µs，允许偏差± 30%； b）半峰值时间50µs，允许偏差± 20%， c）峰值允许偏差± 3%。 2. 输出标准雷电冲击截波波形应特合GB/T 16927.1的规定：
G C0 Rt
Rf Cf Cx
图1： 冲击电压发生器原理图
图中C0：主电容；G：隔离间隙；Rf：波前电阻；Rt：波尾电容；Cf：波前 电容；Cx：被试品。
rt
2
rf
rt
ห้องสมุดไป่ตู้
rf
rf
rf
rf
图 2 1000kV 冲击电压发生器电路图
图中 T1 ：单相调压器； T2 ：试验变压器；D1，D2：高压整流硅堆； r ：保护 电阻； R ：充电电阻； Rt ：波头电阻； R f ：波尾电阻； C1 ：各级电容； C ： 负荷电容； CT 2 、 CT 2 ：弱阻尼电容分压器的高压臂电容； CE ：弱阻尼电容分压 器的低压臂电容； ： RT 1 、 RT 2 分压器高压臂的弱阻尼电阻； S 0 ：点火球隙； S1 、
(二) 设计要求
1. 冲击电压发生器规范
DL／T848《高压试验装置通用技术条件》第5部分：冲击电压发生器部分规 定了冲击电压发生器装置（以下简称装置）的产品分类、技术要求、试验方法、 检验规则及标志、包装、运输和贮存。适用于额定电压为300kV~4700kV，额定 能量为5kJ~480kJ的冲击电压发生器装置的制造、使用的维修。 根据该规范，冲击电压发生器主要技术要求有： 1. 输出标准雷电冲击电压输出电压波形应符合GB/T 16927.1的规定： a）波前时间1.2µs，允许偏差± 30%； b）半峰值时间50µs，允许偏差± 20%， c）峰值允许偏差± 3%。 2. 输出标准雷电冲击截波波形应特合GB/T 16927.1的规定：
G C0 Rt
Rf Cf Cx
图1： 冲击电压发生器原理图
图中C0：主电容；G：隔离间隙；Rf：波前电阻；Rt：波尾电容；Cf：波前 电容；Cx：被试品。
多功能低频函数信号发生器的设计
多功能低频函数信号发生器的设计一、设计任务与要求1、设计任务设计一能产生正弦波、方波、三角波的多功能低频函数信号发生器。
2、基本要求（1）可同时输出正弦波、方波、三角波。
（2）信号频率：10Hz ~ 10KHz 。
（3）频率稳定度：Δf ／f ＜ 10-3／日.（4）频率控制方式:通过改变RC 时间常数控制频率(手动方式);通过改变控制电压Vi 实现压控频率,(自动控制方式)。
f=Ψ（Vi ），Vi=1~10V 。
（5）波形精度：方波：如图2-4-1，上升沿和下降沿t r 、t f 时间均应小于2us 。
三角波：如图2-4-2，线性度δ／Vom ＜ 2%。
正弦波：谐波失真度图2-4-1 波形精度测量示意图（b ）三角波（a ）方波波（V1为基波有效值，Vi 为各次谐波有效值）（6）输出方式：①作电压源输出时，要求：输出幅度连续可调，最大输出电压的峰峰值不小于20V 。
当RL=100Ω~1K Ω时，输出电压相对变化率ΔV0／V0 ＜ 1%（即要求r0＜1.1Ω）。
②作功率输出时，要求：最大输出功率大于1W 。
③作电流源输出时，要求：输出电流连续可调，最大输出电流的峰峰值不小于200mA 。
%2122<∑=V V Ni i当RL=0Ω~90Ω时，输出电流相对变化率ΔI0／I0 ＜ 1%（即要求r0＞ 9K Ω）。
（7）具有输出过载保护功能当因RL 过小而使I0＞400mA （峰峰值），输出晶体管自动限流，以免进一步损坏元件。
二、基本工作原理1、波形发生部分（1）方案1方波正弦波三角波图 2-4-2 波形发生方案1先产生三角波-方波，再将三角波变换为正弦波。
其原理框图如图2-4-2所示。
（2）方案2先产生正弦波，然后由比较器产生方波，再将方波通过积分器变换三角波。
其原理框图如图2-4-3所示。
图2-4-3 波形发生方案22、输出方式（1）用作电压源输出和功率输出时，采用电压串联负反馈，如图2-4-4所示。
多功能信号发生器课程设计要点
课题：多功能信号发生器专业：电子信息工程班级：1班学号：姓名：指导教师：汪鑫设计日期：成绩：重庆大学城市科技学院电气学院多功能信号发生器设计报告一、设计目的作用1.掌握简易信号发生器的设计、组装与调试方法。
2.能熟练使用multisim10电路仿真软件对电路进行设计仿真调试。
3.加深对模拟电子技术相关知识的理解及应用。
二、设计要求1.设计任务设计一个能够输出正弦波、方波、三角波三种波形的信号发生器，性能要求如下：（1）输出频率，f=20Hz-5kHz 连续可调的正弦波、方波、三角波；（2）输出正弦波幅度V=0-5V可调，波形的非线性失真系数<=5%；（3）输出三角波幅度V=0-5V可调。
（4）输出方波幅度可在V=0-12V之间可调。
2.设计要求（1）设计电路，计算电路元件参数，拟定测试方案和步骤；（2）测量技术指标参数；（3）写出设计报告。
三、设计的具体实现1、系统概述1.1正弦波发生电路的工作原理:产生正弦振荡的条件:正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。
正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。
其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。
因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路；反馈网络；选频网络；稳幅电路个部分。
正弦波振荡电路的组成判断及分类：（1）放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，电路获得一定幅值的输出值，实现自由控制。
（2）选频网络：确定电路的振荡频率，是电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。
（3）正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于其反馈信号。
（4）稳幅环节：也就是非线性环节，作用是输出信号幅值稳定。
判断电路是否振荡。
方法是：（1）是否满足相位条件，即电路是否是正反馈，只有满足相位条件才可能产生振荡。
冲击电压发生器
高电压技术课程设计姓名：赖智鹏学号：U200811806班级：电气0809班邮箱：冲击电压发生器的设计一、引言冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，在电力系统中主要用于研究电力设备遭受大气过电压和操作过电压时的绝缘性能。
本文是高电压技术课程的课程设计，参考相关文献完成了冲击电压发生器设计，了解了该装置基本原理、设计流程、注意事项等。
二、设计过程1. 最大输出电压300～800kV2. 冲击电容为保证冲击电压发生器有较大适用范围，考虑试验可能遇到的最大的试品电容（不考虑大电力变压器和整卷电缆试验的情况）（1）试品中互感器电容最大，约1000pF（2）冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线及球隙等的电容估计值取500pF （3）电容分压器（分压器采用电容式分压器）的电容估计值取600pF 由此得出，总的负荷电容约为210005006002100C pF=++=为保证发生器有足够高的效率，同时兼顾经济性，冲击电容取负荷电容10至20倍，则冲击电容为12(1020)(2100031500)C ～C ～pF==3. 电容器的选择型号MY110—0.2脉冲电容器参数如下表需满足两个要求：（1）电压发生器额定电压要求：300～800kV （2）冲击电容要求：21000～31500pF采用MY110—0.2脉冲电容器，7级串联，此时冲击电压发生器串联放电时，峰值电压约为770kV 满足（300～800kV ），且冲击电容为200000/7=28571满足（21000～31500pF ）4. 回路选择采用高效回路，单边充电。
图 1 高效回路上图中C为型号MY110-0.2脉冲电容器， R为充电电阻，r为保护电阻（同时起均压作用，使电容充电比较均匀），大小取10R，rf为波头电阻，rt为波尾电阻。
回路化简及等效如下图图 2 等效回路充电测量：毫安表测量充电电流，微安表与大电阻串联测量充电电压。
图 3 充电回路电参数测量5. 冲击电压发生器主要参数（1）额定电压U1=7*110=770kV （2）冲击电容C1=200000/7=28571pF（3）能量W=1/2*0.028571*10^-6*(770*10^3)^2= 8.4699e+003J=8.47kJ6. 波头电阻和波尾电阻计算假定（1）试品电容为1000pF （2）负荷电容为2100pF 则由于波前时间等效回路：图 4 波前时间等效回路：波头长1212612121221001028571101.2103.24 3.24122100102857110f f f C C t r r C C -----⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯=⨯⨯+⨯+⨯∑∑得189.33189fr =Ω=Ω∑， 27.047127.0189.33/7f r =Ω==Ω波长时间等效回路图 5 波长时间等效回路：波长时间61250100.69(285712100)10t tt r --=⨯=⨯⨯+⨯∑得2362.6=2363t r =ΩΩ∑，2362.6/3377.5t r ==Ω7. 充电电阻和保护电阻阻值计算及电阻材料的选择下图为充电回路内部环流，为减小充电回路内部放电回路对冲击电压发生器放电回路的影响，要求R+rf>10～20rt 。
多功能函数信号发生器设计
模拟电子技术课程设计多功能函数信号发生器设计班级：姓名：完成日期：内容摘要：工作原理：假设t=0时电容C上的电压Uc=0，而只会比较器的输出端为高电平，即Uo=+Uz。
则集成运放同向输入端的电压为输出电压在电阻R1，R2上的分压结果，即U+=Uz*R1/R1+R2.此时输出电压+Uz将通过电阻R向电容C充电，使电容两端的电压Uc 升高，而此电容上的电压接到集成运放的反向输入端，即U-=Uc。
当电容上的电压升到U-=U+时，滞回比较器的输出端将发生跳变，由高电平跳变为低电平，使Uo=-Uz，于是集成运放同相输入端的电压也立即变为U+=-Uz*R1/R1+R2.输出电压变为低电平后，电容C将通过R 放电，使Uc逐渐降低。
当电容上的电压下降到U-=U+时，滞回比较器的输出端将再次发生跳变，由低电平跳变为高电平，即Uo=+U。
以后重复上述过程。
如此反复的进行冲放电，滞回比较器的输出端反复的在高电平和低电平之间跳变，于是产生了正负交替的矩形波。
目录：一、课程名称：多功能函数信号发生器设计。
二、课程设计的内容及要求：利用自己所学过个科学文化知识，设计并制作多功能函数信号发生器，完成设计说明书。
三、比较和选写设计的系统方案，画出系统框图。
四、单元电路的设计、参数的计算和器件的选择。
五、电路的组装和调试。
六、电路设计的一些总结。
七、元器件列表。
八、课程设计评分标准。
九、参考文献。
十、收获和体会。
一课程名称：多功能函数信号发生器二设计要求掌握正弦波、方波、三角波的波形产生原理，给出波形产生电路总体方案。
确定各单元电路中各元器件具体参数。
焊接电路板，进行调试。
方波峰-峰值UP-P>=6V三角波峰-峰值UP-P>=10V正弦波输出波形稳定、平滑编写设计说明书，要求：给出设计总体方案；设计电路图，附件中列出元器件清单；论述电路原理；各单元电路功能；计算出各级信号频率、幅值；给出信号输出的波形图；格式见摸电实验指导书。
函数发生器设计
多功能信号发生器设计一、设计任务设计一个多功能信号发生器，要有如下：1、输出信号波形的形式：正弦波、三角波、方波、单次脉冲。
2、输出信号的频率：20Hz~2kHz，连续可调。
3、输出信号的幅度：1V P-P~10V P-P，连续可调；单次脉冲：低电平≤0.4V，高电平3.5~5V。
4、输出信号直流电平调节范围：-5V~+5V。
5、输出信号波形精度：正弦波失真度≤2%；三角波的线性度≤1%；方波信号的上（下）升沿时间≤2μS。
二、设计方案分析信号发生器在科学实验、电子测量、自动控制、设备检测、无线通讯等领域有着广泛的应用。
信号发生器的基本功能是可以提供符合一定技术指标要求的电信号，其波形、频率、幅值均可以调节。
实现信号发生器电路的方案很多，其特点也不同，主要有模拟电路实现方案、数字电路实现方案和模数混合实现的方案。
1、采用单片机控制技术实现的信号发生器该方案的主要思路是采用编程的方法来产生希望得到的波形，用户将要输出的波形预先存储在半导体存储器中，在需要某种波形时将储存在存储器中的数据依次读出来，经过数模转换、滤波等处理后，输出该波形的信号。
该方案优点是输出信号的频率稳定，抗干扰能力强，实现任意波形的信号容易，可通过外置按键或键盘来设定所需要产生信号源的类型和频率，还可以通过显示器显示出波形的相关信息。
不足之处是由于单片机的处理数据的速度有限，当产生频率比较高的信号时，输出波形的质量将下降。
2、利用直接数字频率合成（DDS）集成芯片实现的信号发生器随着大规模集成电路制作技术的发展，采用直接数字频率合成技术实现的信号产生集成芯片应用越来越广泛。
DDS集成芯片内部主要由相位累加器、波形存储器、高速D/A转换器等环节组成，在时钟脉冲的控制下，相位累加器对输入的频率控制字不断进行累加得到相应的相位码，同时相位码序列作为地址信号去寻址波形存储器进行相位码到幅度码的转换，并输出不同的幅度编码。
这一系列不同的幅度编码经过D/A转换器得到相应的阶梯电压信号，最后经过低通滤波器平滑，即可输出相应的信号。
一种新型10kV真空开关智能控制器的设计
一种新型10kV真空开关智能控制器的设计
吕高;覃晋民;康凯;张丽萍
【期刊名称】《太原大学学报》
【年(卷),期】2010(011)001
【摘要】一种新型10kV真空开关智能控制器的设计方法,即利用无线收发模块,在线查询线路运行参数,具有过流速断、自动重合闸等功能,提高了智能控制器的智能化管理和控制水平;通过比较各条线路"零序电流相对量"来准确判断单相接地故障的具体发生位置,提高了单相接地故障判断的准确性.
【总页数】3页(P136-138)
【作者】吕高;覃晋民;康凯;张丽萍
【作者单位】太原电力高等专科学校,电力工程系,山西,太原,030013;交城供电支公司,山西,交城,030500;交城供电支公司,山西,交城,030500;交城供电支公司,山西,交城,030500
【正文语种】中文
【中图分类】TM13
【相关文献】
1.110kV高压隔离开关智能控制器的设计与开发 [J], 张志强
2.一种新型低压永磁真空开关控制器的研制 [J], 韩冬军;王军;李川;舒欣梅;李建坤
3.一种新型的仿人智能控制器的设计方法 [J], 涂亚庆;李祖枢
4.基于互锁真空开关的一种新型串联补偿型限流器 [J], 史跃; 姚晓飞; 刘志远
5.一种新型复合模糊智能控制器的设计及应用 [J], 周畅;朱德森;陈绵云;姜波
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
10kVMW级电力电子变压器设计方案
10kVMW级电力电子变压器设计方案刘欣和;吴金龙;辛德锋;冯宇鹏;王先为;姚为正【摘要】电力电子变压器(PET)在具有传统变压器变压和隔离等基本功能的同时,还具备功率灵活可控和可进行无功补偿等优势.通过对电力电子变压器拓扑结构和功能的分析,针对中低压交直流混合智能配电网领域,提出了一种io kVMW级的电力电子变压器的设计方案,其中高压侧AC/DC变换器采用MMC换流器,DC/DC变换器由输入串联输出并联的LLC谐振型双向全桥DC/DC变换模块组成;给出了AC/DC和DC/DC变换器中主要元器件的设计,结合应用场景设计了PET的运行模式以及各部分的基本控制策略.所提出的设计方案可实现中压交流、中压直流、低压直流以及低压交流的多级变压、网络互联以及能量的多向流动,实用性强,在中低压交直流配电网中具有一定典型性,对工程设计有重要指导意义.%The power electronic transformer (PET) has the basic functions of voltage transformation and isolation as traditional transformers,besides it enjoys the advantages of highly flexible power control and reactive power compensation and so on.Based on the analysis of the PET topology and functions,a new design scheme of 10 kVmw level PET oriented to medium and low-voltage ac-dc hybrid smart distribution grid is proposed.The MMC converter is used as AC/DC converter at high-voltage side,and the DC/DC converter consists of input-series output-parallel (ISOP) LLC resonant full-bridge DC/DC converters modules.The proposed design scheme includes the design of the main components of AC/DC converter and DC/DC converter,and also contains the operational mode of PET by using application scenarios and basic control strategies for variouscomponents.Multilevel voltage transformation of medium voltageAC,medium voltage DC,low voltage DC and low voltage AC can be realized in the proposed design scheme,what's more,network interconnection and multidirectional flows of energy become possible.The proposed design scheme has some typical characteristics in the medium and low-voltage ac-dc hybrid smart distribution grid,which has important guiding significance to engineering design.【期刊名称】《华北电力大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2017(044)003【总页数】8页(P59-66)【关键词】电力电子变压器;模块化多电平换流器;交直流混合配电网;设计方案【作者】刘欣和;吴金龙;辛德锋;冯宇鹏;王先为;姚为正【作者单位】西安许继电力电子技术有限公司,陕西西安710075;西安许继电力电子技术有限公司,陕西西安710075;西安许继电力电子技术有限公司,陕西西安710075;西安许继电力电子技术有限公司,陕西西安710075;西安许继电力电子技术有限公司,陕西西安710075;许继集团有限公司,河南许昌461000【正文语种】中文【中图分类】TM721配电变压器是配电网中最重要、最普遍的一类设备，其作用一般是将6～35 kV的配电电压降至400 V左右输出给用户，实现变压、隔离和能量传递等功能。
高电压技术课程设计——冲击电压发生器的设计精品
高电压技术课程设计-- 冲击电压发生器的设计电气与电子工程学院冲击电压发生器的设计电力系统种的高压电气设备，除了承受长时期的工作电压外，在运行过程种，还可能会承受短时的雷电过电压和操作过电压的作用。
一般用冲击高压试验来检验高压电气设备的雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保护性能。
雷电冲击高压试验采用全波冲击电压波形或截波冲击电压波形，这种冲击电压持续时间较短，约数微秒至数十微秒，它可以由冲击电压发生器产生；操作冲击电压试验采用操作冲击电压波形，其持续时间较长，约数百微秒至数千微秒，它利用变压器产生，也可利用冲击电压发生器产生。
许多高电压试验室的冲击电压发生器既可以产生雷电冲击电压波，也可以产生操作冲击电压波。
冲击电压发生器是产生冲击电压波的装置。
雷电冲击电压波是一个很快地从零上升到峰值然后较慢地下降地单向性脉冲电压。
一.设计目标：输出波形为1.2/50卩s标准波形，回路采用高效率回路，输出电压为300〜800kV, 发生器级数为4〜8级。
二.设计过程：1 •试品电压等级的确定要求的输出电压为300~800kV，根据上表，可以暂定试品的电压等级为66kV。
根据66kV设备雷电冲击耐受电压（峰值）表，可知变压器类设备的内绝缘的耐受电压最高，为385kV，击穿电压和闪络电压都高于试验电压，考虑为研究试验取裕度系数 1.3 ;长期工作时冲击电压发生器会发生绝缘老化，考虑老化系数取1.1 ;假定冲击电压发生器的效率为85% 故冲击电压发生器的标称电压应不低于：5 =385 1.3 1.1/0.85kV = 647 kV2.冲击电容的选定如不考虑大电力变压器试验和整卷电缆试验，就数互感器的电容较大，约1000pF，冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线及球隙等的电容如估计为500pF,电容分压器的电容如估计为600pF,则总的负荷电容为C2 =(1000 500 600) pF =2100pF如按冲击电容为负荷电容的10倍来估计，约需冲击电容为C1 =10C2 =21000pF从国产脉冲电容器的产品规格中找到MY110—0.2瓷壳高压脉冲电容器比较合适，这种电容器的规格如表3所示。
10kV电子式电压互感器的研究与设计
10kV电子式电压互感器的研究与设计彭松;张维;王焕文;黄显峰【摘要】针对近年来配电网自动化特别是电缆网自动化所面临的问题,阐述了电子式电压互感器实用化、产品化的重要性.同时设计了一种适用于10 kV的电子式电压互感器,其采用电容分压原理,功耗小、精度高,可解决一次部分的取电问题.试验和现场试运行表明,该电子式电压互感器的各项性能指标符合要求.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2013(026)001【总页数】4页(P74-77)【关键词】电子式电压互感器;配电网自动化;电缆网;电容分压【作者】彭松;张维;王焕文;黄显峰【作者单位】珠海许继电气有限公司,广东珠海519060【正文语种】中文【中图分类】TM45;TM93近年来，随着现代电子技术及计算机技术的快速发展，特别是数字化变电站的大力建设，电子式电压互感器在高压领域得到了比较好的发展和应用［1－2］，如厦门ABB、中国电力科学院、南瑞继保、南京新宁电力、华中科技大学等都投入大量人力物力进行研究，并设计出相关产品挂网运行成功。
但是在中低压领域电子式电压互感器的应用比较缺乏。
随着智能配电网特别是电缆网自动化的建设，开发出相应等级的电子式电压互感器就成为目前急需解决的问题。
本文项目组(以下简称项目组)于2012年上半年到广州、佛山、中山各地区电力局进行了电缆网自动化建设的调研，从调研结果来看10 kV 电子式电压互感器的实用化、产品化及功能的加强，特别是运行的稳定可靠，是未来的发展趋势。
本文在分析比较电磁式电压互感器与电子式电压互感器优缺点的基础上，阐述了电子式电压互感器的技术特点，并设计了一款新型的适用于10 kV的电子式电压互感器。
为此，在对其设计原理和方案进行详细论述的基础上，简要介绍了该新型电子式电压互感器的性能，并探讨了基于该新型电子式电压互感器成套装置的馈线自动化系统构建。
最后针对当前智能配电网特别是10 kV 电缆网自动化的发展要求，提出了改进的设想。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第34卷 第7期 电 网 技 术 Vol. 34 No. 7 2010年7月 Power System Technology Jul. 2010
文章编号：1000-3673（2010）07-0075-06 中图分类号：TM 76 文献标志码：A 学科代码：470·4051
新型多功能10 kV电压扰动发生器的设计 赵波1，郭剑波2，周飞1，叶傅华1 （1．中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192；2．国家电网公司，北京市 西城区 100031）
Design of A Novel Multi-Functional 10 kV Voltage Disturbance Generator ZHAO Bo1, GUO Jian-bo2, ZHOU Fei1, YE Fu-hua1 (1. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China; 2. State Grid Corporation of China, Xicheng District, Beijing 100031, China)
ABSTRACT: The topological structure and related control algorithm for a novel multi-functional voltage disturbance generator suitable to 10 kV distribution network are proposed. Adopting H-bridge cascaded topological structure and directly connecting this device in series with the transmission line, a voltage disturbance generator is formed. At the DC side of the H-bridge, the pulse width modulation (PWM) is utilized, and the acquisition and feedback of energy are implemented by multi-winding transformer. According to the topology of main circuit for this device, a control method, which combines the feed-forward of inverter’s reference voltage with feedback of output voltage in d-q synchronous coordinates, is put forward, and by use of single closed-loop PWM voltage rectifier the stability of DC voltage is realized. The modeling and simulation of the proposed device is implemented by PSCAD/EMTDC, and simulation results show that the topology of the device’s main circuit is feasible and the control strategy is effective.
KEY WORDS: voltage disturbance generator; H-bridge cascade; pulse width modulation (PWM); topology of circuit
摘要：提出了适用于10 kV配电电压等级的新型多功能电压扰动发生器的拓扑结构及相关控制算法。采用H桥级联的拓扑结构，将该装置直接串联在线路中，形成了电压扰动发生源。在H桥直流侧采用脉宽调制(pulse width modulation，PWM)整流技术，通过多绕组变压器实现了取能及能量回馈。结合该装置主电路拓扑，提出了d-q同步坐标下逆变器参考电压前馈和输出电压反馈相结合的控制方法，采用电压单闭环PWM整流实现了直流电压稳定。利用PSCAD/ EMTDC软件对装置进行了仿真建模，仿真结果验证了该装置主电路拓扑的可行性及控制策略的有效性。
基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重大项目(2007BAA- 12B03)。 Key Project of the National Eleventh-Five Year Research Program of China(2007BAA12B03)．
关键词：电压扰动发生器；H桥级联；脉宽调制；电路拓扑 0 引言 近年来，随着电力电子器件及相关控制技术的发展，电能质量治理设备的发展极为迅速，电能质量治理设备在工业中的应用也已越来越广泛，较常见的包括动态电压恢复器(dynamic voltage restorer，DVR)、固态切换开关(solid state transfer switch，SSTS)、有源滤波(active power filter，APF)、静止同步补偿器(static synchronous compensator，STATCOM)、静止无功补偿器(static var compensa- tor，SVC)、不间断电源(uninterruptible power supply，UPS)等。一台电能质量控制装置研制出来后，需要对其有效性进行验证。此外，在进行电能质量研究时，需要对电能质量分析理论的正确性进行校验，对电能质量分析设备的应用效果进行检验。为了满足这些需求，需研制具有一定带宽和驱动能力的可控的电力扰动发生装置。将该装置作为标准测试源，产生包括各类电能质量问题的扰动，为电能质量问题的测量、分析、评估和控制建立基础平台。 产生电压扰动较简单的方法是采用变压器通过手动切换方式实现[1]。该方法只能实现电压暂降
或暂升扰动。日本关西电力公司研制一种工作在线性放大区方式下的采用功率器件实现的扰动发生装置[2]。虽然该装置能够产生丰富的波形、动态特性较好，但造价高、功耗大、效率低。文献[3]基于上述原理设计扰动发生装置，使该装置的容量受到限制。文献[4-6]提出了一种由晶闸管和自耦变压器构成的电压暂降(暂升)和不平衡扰动发生装置。文献[7-8]提出了一种用晶闸管可控电抗器(thyristor 76 赵波等：新型多功能10 kV电压扰动发生器的设计 Vol. 34 No. 7 controlled reactor，TCR)构成的的电压暂降或暂升扰动发生装置。文献[9]提出了一种采用不控整流与全控逆变结构的波形发生设备。 为对电能质量相关设备进行验证，国内常采用阻抗短接或变压器调压的方法产生扰动[10]。这种方法电路简单、易实现，可在短时间内产生扰动。然而，各种治理设备功能的增加和性能的提高，对扰动源提出了可控和多功能的要求。华北电力大学在扰动源发生方面做了一些研究，已研制出380 V实验样机和单相220 V实验样机[11-13]。该样机采用12脉动不控整流与可控逆变结构，可产生暂降、不平衡、闪变、电压谐波等扰动。东南大学采用全控器件背靠背式的单相拓扑结构研制了4.4 kVA的实验室装置，取得了一定的研究成果[14-15]。尽管国内外对电压扰动装置的研究取得了一定成果，但这些装置均处于低电压、小容量的水平，功能也较简单，不能满足实际需要。高电压等级、大容量和多功能的可控电压扰动源仍是研究难点。 本文将设计一种新型的多功能电压扰动发生器。该装置采用多绕组变压器加H桥级联的结构，使装置的电压等级达到10 kV，增大了装置的容量。本文还采用可控整流技术、载波移相正弦脉宽调制(carrier phase shifted-sinusoidal pulse width modulation，CPS-SPWM)技术及参考电压前馈加输出电压反馈的控制方法，提高了输出的等效开关频率，减小了滤波电路的体积和重量，输出响应速度较快。该装置具有扰动波形丰富的优点，能产生下降深度为50%~90%的额定电压、持续时间为0.5个工频周期到1 min的电压暂降，三相不平衡度达20%、电压幅值为额定电压的0~20%、调制频率范围为0.5~25 Hz的波动与闪变以及高达25次的电压谐波。
1 多功能电压扰动发生器的原理和结构 1.1 工作原理 电压扰动发生器通过与系统电压叠加产生各种扰动源，并将这些扰动源作用于DVR、SSTS等电压型治理设备和需要考核电压质量耐受能力的用电设备。电压扰动发生器的基本原理如图1所
扰动装置系统 ∼ 测试负载 Uinv
Usys Uload
图1 电压扰动发生器的工作原理 Fig. 1 Principle of the voltage disturbance generator
示。图中：Usys为系统电压；Uinv为包括电压谐波、暂降、不平衡扰动、闪变等的复合电压扰动装置的输出电压；Uload为扰动负荷电压，Uload =
Usys + Uinv。
1.2 拓扑结构 新型多功能电压扰动发生器主电路见图2。图
中：Cf为滤波电容；Lf为滤波电感。该装置在网侧使用三相多绕组变压器取能，原边以D连接方式接入系统，副边为单相多绕组结构。
测试负载∼USL
S
UsysUload Cf Uinv
Lf
⋅⋅⋅⋅⋅⋅ 图2 新型多功能电压扰动发生器主电路 Fig. 2 A main circuit topology of the novel multi-function voltage disturbance generator
该主电路每相共6个单相背靠背结构的全控模块，其中5个模块用以产生基波扰动(包括暂降、暂升、不平衡、闪变等)，另设置1个高频模块产生幅值较小的谐波电压扰动，模块之间形成差异化配置。逆变侧模块级联，通过低通滤波器输出需要的电压。 本文采用H桥级联的结构，使逆变输出电压叠加，其中背靠背的全控模块可以实现能量的双向流动，并与变压器一起实现能量回馈，这有利于该装置在发生扰动时维持直流电压稳定。本文采用差异化配置来分别产生基波扰动和谐波扰动，从而达到降低器件开关频率、提高开关管利用率、提高效率的目的。
2 多功能电压扰动发生器的控制策略 2.1 扰动输出控制策略 本文用电压扰动发生器实时检测系统电压和测试负载电压，接收扰动发生指令，控制逆变器输出电压扰动波形，并控制整流器，维持直流电压稳定。输出扰动波形的控制措施包括以下3个方面：