海洋核动力平台不间断逆变电源一种高可靠性工作模式

崔 睿，张 力，范谱林，刘宙锋



海洋核动力平台不间断逆变电源一种高可靠性工作模式

崔 睿，张 力，范谱林，刘宙锋

（武汉第二船舶设计研究所，武汉 430064）

本文介绍了一种不间断逆变电源高可靠性工作模式，具体而言是海洋核动力平台不间断逆变电源以受控电流源模式在线并网输出，一方面作为交流电网的热备用，另一方面实现有源电力滤波与无功补偿功能。一旦检测到交流电网掉电，逆变电源立刻从电流源模式切换到电压源模式输出，保障负荷的不间断供电。

不间断逆变电源 有源电力滤波 无功补偿

0 引言

目前，陆上核电站的核应急供电系统中会使用不间断逆变电源，这类不间断逆变电源始终工作在电压源模式[1]。交流电网不直接向负荷供电，而是通过不间断逆变电源间接向负荷供电。一方面，由于逆变电源始终处于大功率输出状态，所以损耗较高，电源整个生命周期之内的能耗较高，显著增加了后期维护成本。另一方面，由于交流电网的负荷中含有大量非线性负荷和感性或容性负荷，导致电网电流中含有大量谐波电流与无功电流，需要另外加装滤波装置与无功补偿装置[2]，这样就显著增加了设备数量、体积、重量与投资成本。

中国即将新建的海洋核动力平台是建于浮动的船体上，核应急供电系统需要很高的可靠性，全船的设备体积与重量需要尽量小。基于这两个需求，在保障高供电可靠性的同时应尽量减少电力设备的体积与重量。

本文介绍的海洋核动力平台不间断逆变电源一种高可靠性工作模式，将不间断供电、有源滤波、无功补偿三者功能有效的集成于一台设备中，有效的减少了设备体积与重量。

1 基本原理

图1为不间断逆变电源原理框图。图2为系统原理框图。图中：u为电网电压，i为电网电流，i为负荷电流，i为负荷电流中的谐波分量，i为负荷电流中的无功分量，i为逆变器输出电流。

如图1所示，逆变电源通过电流传感器实时采集负荷电流信号，经电流滤波器后提取出负荷电流中的谐波分量与无功分量，逆变电源控制器根据负荷电流中的谐波分量与无功分量控制逆变器的输出电流，使得逆变器的输出电流等于负荷电流中的谐波分量与无功分量之和，保证电网电流只含有基波有功分量，避免电网受污染[3]。同时，逆变电源通过电压传感器实时采集电网电压信号，逆变电源控制器根据电网电压是否异常，控制逆变器工作于电流源模式或是电压源模式。

如图2所示，当交流电网正常时，交流电网直接向负荷供电。当负荷为阻性负荷时，负荷电流中不含谐波分量与无功分量。这时，逆变电源工作于恒流源模式，以小电流源的形式与电网并联，作为交流电网的热备份。当负荷中含有大量感性或容性负荷时，逆变电源首先从负荷电流中提取无功分量，再控制逆变器输出电流与负荷电流中的无功分量相等，使得负荷电流中的无功分量全部由逆变电源提供。这时，逆变电源工作于受控电源流模式，保证电网电流中只含有有功分量。当负荷中含有大量非线性负荷时，逆变电源首先从负荷电流中提取谐波分量，再控制逆变器输出电流与负荷电流中的谐波分量相等，使得负荷电流中的谐波分量全部由逆变电源提供。这时，逆变电源工作于受控电源流模式，保证电网电流中只含有基波分量。当负荷中含有大量感性或容性负荷，同时包含大量非线性负荷时，逆变电源首先从负荷电流中提取基波无功分量与谐波分量，再控制逆变器输出电流，使之与负荷电流中的基波无功分量与谐波分量之和相等，使得负荷电流中的无功分量与谐波分量全部由逆变电源提供。这时，逆变电源工作于受控电源流模式，保证电网电流中只含有基波有功分量。当逆变电源一旦检测到交流电网掉电，立刻从电流源模式切换到电压源模式输出，保障负荷的不间断供电。

2 应用方式

本工作模式应用方式如下：当交流电网正常时，交流电网直接向负荷供电。当负荷为阻性负荷时，逆变电源工作于恒流源模式，以小电流源的形式与电网并联，作为交流电网的热备份。

当负荷中含有大量感性或容性负荷时，逆变电源作为静止同步补偿装置，工作于受控电源流模式，保证电网电流中只含有有功分量。当负荷中含有大量非线性负荷时，逆变电源作为有源电力滤波装置，工作于受控电源流模式，保证电网电流中只含有基波分量。当负荷中含有大量感性或容性负荷，同时也包含大量非线性负荷时，逆变电源同时实现静止同步补偿装置与有源电力滤波装置的功能，保证电网电流中只含有基波有功分量。当逆变电源一旦检测到交流电网掉电，立刻从电流源模式切换到电压源模式输出，保障负荷的不间断供电。

3 结论

本文将不间断逆变电源、有源电力滤波装置与静止同步补偿装置合三为一，共用一套电力变换器设备，不仅保障了负荷不间断供电，同时改善了电能质量，提高了电力系统稳定性，减少了电力设备数量、体积与重量，降低了投资成本。

[1] 国防科学技术工业委员会. EJ/T 1134―2001压水堆核电厂厂用电系统设计准则[P].

[2] 陈坚．电力电子学—电力电子变换和控制技术[M]．北京：高等教育出版社, 2004.

[3] 姜齐荣，赵东元，陈建业．有源电力滤波器：结构·原理·控制[M]．北京：科学出版社, 2005.

A High Reliable Operating Mode of Uninterrupted Inverter Power Supply at Offshore Nuclear Power Platform

Cui Rui, Zhang Li, Fan Pulin, Liu Zhoufeng

（Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430064, China）

TN862

A

1003-4862（2017）11-0006-02

2017-08-15

崔睿(1989-)，男，工程师。研究方向：电力电子技术。