[发明专利]一种模拟饱和电抗器绝缘电气应力的模块化固态微秒脉冲发生器

说明书

本发明公开了一种模拟饱和电抗器绝缘电气应力的模块化固态微秒脉冲发生器，主要包括控制电路、双极性Marx电路系统和脉冲变压器系统T。所述控制电路控制所述双极性Marx电路系统中所有IGBT开关管的关断。所述双极性Marx电路系统将输出电压传递给所述脉冲变压器系统T。所述脉冲变压器系统T提高所述输出电压的幅值。本发明在前级Marx发生器满足绝缘要求的情况下，可极大地实现输出电压倍增，同时能起到改善波形的作用。实测结果表明该发生器可以用于研究特高压直流换流阀饱和电抗器环氧树脂绝缘在工频脉冲电压作用下的绝缘失效机制。

技术领域

本发明涉及模块化固态微秒脉冲发生器领域，具体是一种模拟饱和电抗器绝缘电气应力的模块化固态微秒脉冲发生器。

背景技术

换流阀是特高压直流输电的核心设备，维护其长期稳定可靠的正常运行是整个直流输电系统的关键。饱和电抗器作为保护晶闸管的重要设备，饱和电抗器的失效将会直接威胁到换流阀的安全运行。

目前，全球能源互联网研究院研制的1100kV/5000A特高压直流换流阀饱和电抗器的绝缘材料是环氧树脂，国内关于换流阀饱和电抗器的绝缘设计的研究非常不足，饱和电抗器的绝缘设计参考正弦电压作用下的局部放电机制，而实际饱和电抗器主绝缘承受的双极性脉冲电压，换流站整流侧，整个单阀16个饱和电抗器承受的正极性电压波形参数为：脉宽12.21us，上升沿1.20us，负极性波形参数为：脉宽73us，下降沿24us，正负极性波形幅值之比为4.3:1。这种高幅值陡上升沿的脉冲电压会对饱和电抗器的主绝缘构成非常大的潜在威胁。

因此，研究饱和电抗器的电气应力和在脉冲电压作用下的绝缘失效机制具有重要意义。而市面上能购买到的方波脉冲电压源不能模拟饱和电抗器绝缘的电气应力，因此研制一台能模拟饱和电抗器环氧树脂电气应力的双极性脉冲电压源很有必要。

在多种高压微秒脉冲的产生方法中，Marx发生器和脉冲变压器成得到了广泛应用Marx发生器利用电容并联充电，串联放电的原理获得脉冲电压的输出倍增，具备较强的灵活性，可实现电压幅值、频率、脉宽等参数在一定范围内可调。近年来，固态Marx发生器技术得到了较大发展，充电电压隔离、脉冲形成调制以及负载应用。多电平调制、充电电压隔离及负载应用成为脉冲功率技术领域的研究热点。

但是单极性Marx发生器，不仅无法实现输出正负极性脉冲的需求和实现对脉冲上升沿的调节。而且仅靠Marx发生器升压，会对固态开关的绝缘水平造成巨大挑战，升压能力有限。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这的，一种模拟饱和电抗器绝缘电气应力的模块化固态微秒脉冲发生器，主要包括控制电路、双极性Marx电路系统和脉冲变压器系统T。

所述控制电路产生控制信号。所述控制电路将所述控制信号传递给所述双极性Marx电路系统。

所述控制信号控制所述双极性Marx电路系统中所有IGBT开关管的通断。

所述双极性Marx电路系统通过调节所有IGBT开关管导通和关断的时序，从而控制电路中的电容进行串联放电。

当所述双极性Marx电路系统正极性放电时，电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7串联，并对负载电阻R3放电，电感L2调节正极性波形上升沿。

当所述双极性Marx电路系统负极性放电时，电容C1和电容C2串联，并对负载R3进行放电，电感L1调节负极性波形上升沿。

所述双极性Marx电路系统中的电容放电后，将输出电压传递给所述脉冲变压器系统T。

所述脉冲变压器系统T提高所述输出电压的幅值。所述脉冲变压器系统T保持所述双极性Marx电路系统输出波形的脉宽和上升沿不变。