[发明专利]一种数控高压直流发生装置及方法

说明书

本发明公开了一种数控高压直流发生器装置及方法，属于高电压技术与电源技术领域。本发明装置包括：整流模块、滤波稳压电容C1、DC/DC降压模块、滤波稳压电容C2、逆变电路、高频变压器、倍压整流电路、稳压去耦电容C3、电阻分压器和控制驱动系统。本发明为高压直流输电系统用避雷器老化试验电源提供稳定可靠的直流电源，提高了直流发生器的输出电流。本发明能够单独提供直流电源，也可与其他纹波电源串联，组成特殊波形发生器。本发明确保在与其他电源串联工作时，直流输出电压波形保持稳定，具有良好的抗电磁干扰性能。

技术领域

本发明涉及高电压技术与电源技术领域，并且更具体地，涉及一种数控高压直流发生器装置及方法。

背景技术

电力系统中用于高压直流(HVDC)输电系统的避雷器主要有直流极线避雷器、中性母线避雷器、阀桥避雷器和阀避雷器、直流滤波器避雷器等。在这些避雷器中，直流滤波器避雷器上的电压不存在直流分量，因此可以用交流电压对阀片进行老化试验；中性母线避雷器和直流极线避雷器上的电压基本上是纯直流电压，因此可以用高压直流电压发生器施加纯直流电压对阀片进行老化试验。而阀避雷器和阀桥避雷器上的电压是直流电压和脉动电压的叠加，波形复杂，目前国内外均采用缩小比例的背靠背直流输电系统所产生的阀电压和阀桥电压对阀片进行老化试验。

高压直流系统中避雷器需要按照其实际工况的电压波形进行老化性能试验，国内外相关标准(IEC TS 60071-5-2002、GB/T311.3-2007)规定了换流器用避雷器老化试验波形，如图1所示。标准中还推荐了用缩小比例的直流背靠背电源系统产生上述电压波形的方法，典型的缩比系统带负载时输出的电压波形具有明显的畸变。为了使直流避雷器阀片的老化性能能够在接近实际的电压波形下进行考验，能够得到真实的反映，有必要进行新的试验电源装置的研制。

计算机在数控系统的广泛应用为新的直流避雷器阀片老化试验装置原理提供了坚实的理论依据。首先，用计算机可以产生任意的信号波形，因此完全可以产生HVDC换流器任何一个元件的电压波形。这些数字化波形中包含了两个分量，一个直流分量和一个纹波分量。其中纹波分量经D/A转换成模拟量后可以通过功率放大器进行功率放大和适当的升压，再通过升压变压器进一步升高为可用于试验目的的高电压。其中直流分量则可由数控的高压直流电压发生器直接输出高电压。将数控高压直流电压发生器与升压变压器的高压绕组相串联从理论上即可得到所需的试验电压波形。

如果升压变压器处在高压直流电压发生器的顶部，这种布置方式下，高压直流电压发生器不存在绝缘问题，但是升压变压器的主绝缘需耐受很高的直流电压。为了研制漏电感小的升压变压器，一、二次绕组之间的距离又不能很大，这给升压变压器的研制增加了不小的困难。另外，由于受到功率放大器容量的限制，纹波电压的功率放大和升压需要采用多个功率放大器-升压变压器组的串并联才能实现，这样就需要多个具有较高绝缘水平的升压变压器。因此采用高绝缘水平的升压变压器的选择是不可取的。

升压变压器放置在高压直流电压发生器的下面，即倒换二者的位置，则既可以适当降低功放升压变压器的绝缘水平，又可使其主绝缘承受的电压为交流电压，受控直流电流源也避免了对地高绝缘隔离的问题。这种布置方式下唯一的缺点是高压直流电压发生器内部的升压变压器的绝缘水平需要提高到能够承受功放升压变压器二次输出电压，但是提高这个升压变压器的绝缘水平很容易做到。

根据以往对阀片进行交流老化试验的经验，施加的电压一般较高，荷电率有时会高于100％，电流有功分量的峰值会比较大。为了确保高压直流电压发生器具备充足的电流输出能力，这里确定该装置的直流额定电流输出能力为15mA。直流电压发生器位于纹波升压变压器的顶部，因此该装置需要对地承受一定水平的纹波交变电压。

从以上可知，需要设计一种体积结构紧凑的模块化高压直流发生器，能与上位机通信，能与其他电源串联，且能够处于上部，承受一定的交变电压。电流输出能力达15mA及以上。