新型调频式谐振特高压试验电源的相关参数设计

王硕 董艳明 王伟

摘 要：随着特高压电网的发展，特高压交流试验电源逐渐成为进行输电技术试验研究的重要课题。在电力电子技术发展的大背景下，现阶段我国相关研究人员已经实现了对传统特高压试验电源的整体拓扑结构及系统频率特性的优化设计，提出了一种新型的调频式谐振特高压试验电源设计方案。本文对其中的相关参数设计进行了重点研究和探讨，以期对实现其工程的有效应用有一定的借鉴和参考价值。

关键词：参数设计；调频式谐振；试验电源；交流特高压

调频式谐振特高压试验电源（UHV-FTRTPS）的主要优点在于耐压特性好、电源输入容量小、效率高等，除了能进行现场实验之外，还能在工厂以及实验室等进行应用，可谓有着巨大的应用和研究价值。传统意义上的调频串联谐振式高压试验电源为保证额定容量的实现，多采用的是模拟器件产生正弦波的形式以实现多级功率的放大，但往往需要较高的成本，且结构相对较为复杂。在现阶段电力电子器件发展的背景下，大功率开关器件等方面的工艺技术及发展应用也有了更为广泛的研究，但在调频式谐振特高压试验电源的相关研究却鲜有涉及。因此，本文对其相关参数设计进行研究，将有着重要的理论和现实意义。

1 新型调频式谐振特高压试验电源整体结构

新型调频式谐振特高压试验电源的主要组成部分包括输入滤波器、升压变压器、H桥逆变电路以及串联谐振电路、输入滤波器等部件组成，形成一个系统的结构（见图1）。

如上图所示，L2表示的是试验回路谐振电感，RL为其等效内阻；T表示的是中间励磁升压变压器；C2、C3分别表示的是分压电压器高压、低压臂电容。在这一结构体系中，采用基于绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块中的脉宽调制（PWM）逆变器，大功率正弦波的产生部分应用的是电压型H桥逆变器，充电应用三相不可控整流电路。为保证滤波效果的增强，采用的是LC输入滤波器。在此基础下能有效防止电网中整流器谐波的进入，抑制干扰现象的发生。同时，为减少开关损耗，系统中应用的是RCD缓冲电路，断开关关断时的过冲电压进行抑制。这样，就能实现在特定频率下，保证各线路形成的串联谐振电路处于谐振工作状态，保证谐振电容两端的电压能够输出高达几百万伏，这也就能实现对特高压变电设备是否合格进行检验的目的。

2 相关的参数设计

基于以上分析，本文采用以大功率IGBT来产生正弦波的方式，并利用升压电压器，将串联的谐振电路进行放大，以保证电压等级达到超高压或特高压。并在此基础上，将输出信号频率的取值范围定在30～300HZ。就整个电路来讲，为保证各组成部分参数的合理性和科学性，还需要对其相关参数进行分析和优化设计。具体来讲，参数设计主要包括以下几方面：

2.1 大功率H桥逆变器缓冲电路参数设计

由于IGBT的开关频率较高，速度较快，容易产生较大的动态损耗。甚至会造成过电压现象，对逆变系统的稳定运行造成不良的影响。因此，有必要采用开关辅助电路，即缓冲吸收电路，保证器件运行的安全性。如图2所示，采用的是RCD缓冲电路。其中，LS表示的是其等效电感，DS为缓冲二极管，RS为缓冲电阻。

在此基础上，对其参数进行相关的优化设计，主要表现在三方面：首先在电路关断时，要保证产生的尖峰电压最小。其次，保证缓冲电路的总损耗最小，其主要包括缓冲电容的储能以及开关损耗等。此外，还需要在RCD缓冲电路的投资上进行考虑，保证其投资达到最小化。具体的校正算法可以通过遗传方法进行求解。

2.2 输出滤波器参数设计

在进行特高压试验时，要求电流信号要接近正弦波。但由于使用的是载波对正弦信号波进行调制，很容易造成波形的畸变，对自动跟踪谐振点的频率控制造成极大的麻烦。因此，采用LC滤波器，对其参数的优化设计包括以下几方面：滤波器的初期投资较少，且保证了输出的电压信号谐波含量在试验要求的最大允许值之下。此外，滤波器输出的电流信号谐波含量也应该在规定最大允许值的范围内。

2.3 高压谐振电抗器参数设计

设置高压谐振电抗器主要是将之与电容串联，以实现变压器输出电压在特定频率下的信号放大，得以产生特高压等级的电压。其主要由四节单台的高压电抗器组成，可根据试验的要求来进行技术参数的计算和设计。一般采用的是空芯线圈制作绕组，以实现电抗器损耗在最大程度上的减小。同时谐振电感的设计参数也需要满足最大负载容值等。

2.4 中间励磁升压变压器参数设计

在系统中设置中间励磁变压器的目的是为获得更高的谐振电路电压做准备。在试验中多为采用的是单相油浸自冷式励磁变压器，在高压侧设置三个相互独立的容量绕组。在容量设计方面，由于实际中杂波问题的存在，因此一般采取的是增加系數的方式来实现变压器容量的增加。在结构参数设计方面，为保证其参数设置的有效性，一般要采用优质铜箔实现平行绕制，保证绕组的平衡性。此外，还需要保证变压器的绝缘性，提升其抗干扰能力，实现局部放电量的减少。

3 结束语

综上所述，应用IGBT结构实现新型调频式谐振特高压试验电源的设计，为保证其设计的科学性和可行性，就需要对其中各组成部分的参数进行优化设计。在进行参数设计的谷草衡中，也需要考虑到整个系统设计的实际需求，在此基础上进行参数具体方案的设计，才能达到较好的设计效果。

参考文献

[1]盛君，张敏.变频试验电源在电机试验中的应用[J].变流技术与电力牵引，2007，（5）：57-6.

（作者单位：1.国网辽宁省电力有限公司检修分公司锦州分部；2.国网辽宁省电力有限公司技能培训中心）