变电站电力操作直流电源系统的研究【控制理论与控制工程专业优秀论文】_图文

导读:硕士学位论文,变电站电力操作直流电源系统的研究,直流电源系统作为控制、保护、合闸等重要装置的供电电源在变电站、发电厂、大中型厂矿,它的性能及可靠性直接影响到供电系统的正常安全运行,随着配电网络自动化及无人值守变电站站的推广应用,对直流电源系统的性能和自动化水平提出了较高的要求,但目前国内直流电源系统大都采用相控式低频晶闸管整流充电装置及直流稳压装置,控制电路复杂,利用全桥移相软开关技术的高频开

变电站电力操作直流电源系统的研究【控制理论与控制工程专业优秀论文】_图文

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图3.15备开关管驱动信号波形围

(顺序为IGBTl、lGBT3、lGBT4、I(]BT2)

图3.16滞后臂驱动信号与原边电流波形对比圈

-3"7.

变电站电力操作直流电源系统的研究

I)超前臂电压波形豳

b)驱动信号波形图

图3.17超前臂驱动信号与超前臂电压波形对比圈

3.5本章小结

直流电源系统作为控制、保护、合闸等重要装置的供电电源在变电站、发电厂、大中型厂矿企业等供电系统中占有重要的逾位,它的性能及可靠性直接影响到供电系统的正常安全运行。随着配电网络自动化及无人值守变电站站的推广应用,对直流电源系统的性能和自动化水平提出了较高的要求,但目前国内直流电源系统大都采用相控式低频晶闸管整流充电装置及直流稳压装置,该类装置动态性能较差,控制电路复杂,调试及维护不方便,并且一般不配和上位机通讯接口。利用全桥移相软开关技术的高频开关电源研制的直流电源系统的充电装置具有效率高、可靠性强、维护简单等特点,非常适合应用于直流电源系统的充电模块和调压模块。

本章分析了全桥移相的基本工作原理,谐振器件参数的选择,最后通过仿真得出了正确的结果。

下一章重要讨论现代智能化直流电源系统所采用地(N+1)冗余高频开关整

流模块的并联均流技术。

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第4章直流电源系统的并联运行均流技术

变电站直流系统采用高频开关降压型Dc—Dc变换器代替传统的硅链或硅堆将压来调节控制母线电压,实现对控制母线电压的自动、连续调节;采用(N+I)冗余IGBT高频开关整流模块并联方式供电,系统的扩展性强。

4.1并联均流技术发展状况

并联均流控制技术的研究与应用,是实现大功率分布式电源的关键。变电站采用的是(N+1)式的冗余供电方式,所以对于并联均流技术的研究尤为重要。

对若干个开关变换器模块并联的电源系统的基本要求是:

(1)每个模块承受的电流必须能自动平衡,实现均流;

(2)为了提高系统的可靠性,每个模块应尽可能的设计具有独立的均流控制单元,不采用增加外部均流控制措施,以利于均流技术与冗余技术相结合;

(3)负载电流和电网电压变化时,输出电压要稳定,且均流的动态响应要好;(4)具有公共均流母线时,其带宽应小,以降低输出噪音。

均流的主要任务有:

(1)当负载变化时,每台负载的输出电压变化相同;

(2)使每台电源的输出电流按功率份额均摊。

实现均流的方法多种多样,他们的均流精度和控制原理也各不相同。根据控制机理可以分为两大类,即下降特性法和动态电流均衡法【48。50】。Droop(倾斜)法又称为电压调整率法,其机理是调节变换器的外特性倾斜度(输出阻抗)在各模块间合理分配电流。变换器的电流分配性能越好,它的外特性也就越差。由于通常的变换器都设计成低输出阻抗的电压源,所以不太适合于这种策略,而且这种方法本质上是一种开环控制方法,精度比较低,不适合在5%以下均流精度的要求下使用。

动态电流均衡法常采用几种方法:主从式均流方法采用一个模块作为主电源,主模块按电压控制规律工作,其余按电流型规律工作。它可以精确控制均流,但是主模块失效会使整个系统不易稳定,因此无法实现冗余。平均电流法将各模块的电流信号加权后作为各模块的参考来调节各模块的电流,但是在应用时当母线短路或者某一模块不能工作时,母线电压下降促使各模块电压下调,造成故障。外加控制法其实是在平均电流法上的一种改进,通过外加控制器监测各模块的电流,具有平均电流法的优点,而且可以将不同容量的电源进行并联,缺点是均流控制器的引入使系统的动态过程更加复杂,如果不注意均流环的设计,很容易使

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得系统不稳定。

1982年美国Lambda公司在弗吉尼亚电力电子中心的学术年会上提出一种熟应力自动均流法【511,按模块的热应力(不仅仅是按电流值)来实现均流,把模块的对流情况、散热条件与单体输出电流综合考虑进来,已经成功应用在该公司P系列ZVS开关变换中。

均流的目的就是降低模块的热应力。从这个角度上,最近有学者提出了一种间隙均流法,利用各模块的等效热应力,分时段轮流让一台或者少数几台模块提供系统全部功率,即进行功率/时间坐标的纵向分割,其作为一种新型的研究思路,目前还处于研究探讨阶段。

就目前的电源界应用状况而言,分布式模块化的供电方式成为大容量系统发展的强劲趋势,负载均流技术日益成为研究的热点方向。在大功率、高精度均流应用环境中,动态均流控制占有明显的优势。

4.2开关电源并联系统常用的均流方法

4.2.1输出阻抗法

输出阻抗法是采用调节开关变换器的外特性倾斜度(eP调节输出阻抗)以达到并联模块接近均流的目的。国外文献中称为Droop(下垂、倾斜)法,有的文献也称为电压调整率法。

图4.1表示一个开关变换器的外特性(或称输出特性)K=f(Io),R为开关交换器的输出阻抗,其中也包括这个开关变换器模块连接到负载的导线或电缆的电阻。当空载时,模块输出电压为%。。。显见,当电流变化量为4,时,负载电压变化量为以n故得以VIZII=R,R即为该模块的输出阻抗。实际上,4矿肋,指的是模块电流增加了4,时,模块输出电压的降落(△n大小,因此AV/△』也代表开关电源的输出电压调整率。

DC—DC图4.1开关变换器的外特性K=厂(厶)

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