直流稳定电源

直流稳定电源（精选十篇）

直流稳定电源 篇1

关键词：直流系统,蓄电池,充电装置

目前大港油田电力系统110KV、35KV、10KV终端变电站, 以及厂用6KV配电系统, 广泛采用了阀控式铅酸蓄电池直流屏作为操作、控制以及保护的电源。近年来, 由于运行维护不当, 多个变电站直流屏出现问题, 严重影响油田电力系统安全可靠运行。如:2012年8月滨海35kv变电站由于直流系统故障造成越级跳闸事故, 造成大面积停电。因此加强直流系统运行与维护显得尤为重要。本文从以下几个方面阐述了如何提高变电站的安全性和可靠性。

1 直流电源系统概述

1.1 直流电源系统的重要作用

(1) 直流电源设备是电力系统发电厂、变 (配) 电站重要的控制、信号、动力电源, 它在电力系统的安全运行中起着重要的作用。

(2) 随着变电站自动化程度的不断提高, 许多重要的数据都要求即时安全可靠的处理和存储;各种用电设备 (包括继电保护及自动装置、断路器分合闸、载波通信、事故照明等) 的工作都离不开可靠的直流电源。在系统发生故障, 站用电中断的情况下, 如果直流电源系统不能可靠的为工作设备提供直流工作电源, 将会产生不可估计的损失。因此, 有人把直流设备比喻为变电站的心脏。

2 直流系统电压配置等级的选择

国内发电厂及变电站较广泛采用220V和110V两种电压等级。大中型变电站采用220V或110V, 而小型无人值守变电站多采用110V。220V和110V在技术、经济上各有优劣, 应根据具体情况通过比较确定。

2.1 110V系统

对于控制负荷, 一般电流较小, 宜采用110V。特别是中、小型变电所, 无电动机负荷, 加上目前断路器均采用液压或弹簧操动机构, 合闸电流只有约2A~5A, 供电距离较短, 主要是控制负荷, 更有条件采用110V。优点如下:

(1) 110V直流系统要求绝缘水平较低, 从而提高了运行的安全性。

(2) 110V系统直流网络较小, 接地几率相对220V的直流网络要小, 提高了控制系统的可靠性。

(3) 110V蓄电池个数少, 占地面积小, 比用220V的安装和维护工作简单。

(4) 当采用微机保护和计算机监控系统时, 110V继电器或断路器辅助触点断开时的干扰电压幅值下降, 可提高设备工作的可靠性。通常220V中间继电器或断路器跳、合闸线圈的匝数多、导线细, 容易断线和出现较高的电流突变量、产生高频过电压或振荡, 这对计算机弱电回路是很危险的, 故采用110V系统较为有利。

2.2 220v动力负荷的功率一般较大, 供电距离较长, 采用110V电压时, 电缆截面较大, 投资增加, 通过技术经济比较, 采用220V较好

(1) 220V直流电源对中小容量发电厂及变电站的事故照明比较有利, 接线简单。因为通常我国照明电压采用220V, 如果使用110V直流系统事故照明备用电源时, 需要采用逆变装置或其它办法来解决事故照明的供电问题, 较为复杂。

(2) 110V控制回路电缆截面较220V大。特别在大型发电厂的变电站, 超高压配电装置面积大, 距离控制室又远, 采用110V直流时控制电缆截面大约是220V的4倍, 往往还不能满足要求。这使得选择8mm2以下控制电缆较困难, 有时要选用多根电缆芯并联, 给回路监视带来困难, 同时还要增加控制电缆投资。因此油田电力系统普遍采用220V系统。

3 直流电源系统运行维护中的重点及常见问题探讨

3.1 直流系统运行维护中应着重关注的几个点

3.1.1 直流设备运行中重点监视

(1) 各种电压、电流表计及一些重要运行参数的监视。如交流输入电压、蓄电池电压、直流母线电压、充电装置输出电压等等的数值, 应注意其是否正确。

(2) 各种信号报警指示灯的监视。查看各种设备的“运行”、“报警”等指示灯是否正常。

(3) 绝缘状态的监视。注意直流正负母线对地的绝缘状态, 如有接地应尽快查找处理。

3.1.2 蓄电池的运行中重点监视内容

(1) 蓄电池的单体电压值;

(2) 蓄电池组的端电压值;

(3) 浮充电流的大小及变化;

(4) 连接片有无松动、腐蚀现象;壳体有无变形和渗漏;极柱及安全阀周围有无酸雾及冒碱现象;

(5) 蓄电池室的温度。

3.1.3 热失控的预防措施

(1) 正确选择及时调整浮充电压;

(2) 注意检测蓄电池的温度

(3) 加强蓄电池室的通风管理, 最好装设空调。

3.1.4 热失控的发生 (参考数据)

(1) 如果采用2.35V/单体 (25℃) 浮充电压, 连续充电4个月, 就会出现热失控;

(2) 如果采用2.30V/单体 (25℃) 浮充电压, 连续充电6~8个月, 就会出现热失控;

(3) 如果采用2.28V/单体 (25℃) 浮充电压, 连续充电12~18个月, 容量会严重下降, 进而导致热失控。

4 结语

直流系统的运行维护重在预防和防微杜渐, 通过日常一丝不苟的巡视、检查和检验, 使小问题和缺陷得到及时有效的处理, 避免大事故发生, 保障变电站安全运行和提高供电的可靠性。

参考文献

《直流稳压电源》教案 篇2

教学目标：

1、知识目标

掌握直流稳压电源的作用和结构 掌握整流电路的工作原理

2、能力目标

培养学生的观察、分析等逻辑思维能力

3、情感目标

通过对问题的分析，体验逻辑分析的乐趣，提高学生对生活对学习的积极性 重点难点：

学生能准确判断分析出事物之间的联系和转化 能自己分析电路的工作过程及波形变化 教法分析：

任务驱动法、教师引导法、自由讨论法、演示法 教学过程（45分钟）

一、问题导入 ：提出问题，引导学生思考 1.如手机等可携带电器用什么电源？ 2.没电时怎么办？ 3.充电器的作用是什么？

4.充电电源与充电器送出的电有何不同？

运用讨论法、引导法，活跃学生思维，引导学生思考，从而引出课题

二、引出课题 a。直流稳压电源

实现将电力系统交流电转变为稳定直流电的设备 b。交流电源与稳压电源区别（波形区分）

三、电路分析：直流稳压电源结构 怎样才能把交流电变为低压直流电？ 教师演示法，学生得出结论

四、桥式整流电路用可变换极性的直流电源来代替交流电源

1、回忆二极管的单向导电性

2、呈现整流电路图

3、将变压器换成直流电源

4、学生讨论电流的流通路径

当直流电源上正下负时，分析电流路径及负载上电流方向

当直流电源下正上负时，分析电流路径及负载上电流方向

得出结论：

1、四个二极管分两组在正负半波时两两导通，使得负载上一直有固定方向电流流过，实现了整流效果。

2、波形变化

3、参数计算

输出电压：UL= 0.9 U2 输出电流：IL=UL/RL 二极管电压：URM=1.414U2

五、思考巩固

1.D1短路时电路整流结果如何?

2.四个整流二极管全部接反结果如何?

板书设计、布置作业

0～500V直流稳压电源 篇3

电路原理

整机电路如图1所示。主输出电路由晶闸管预调压电路和晶体管线性调整电路串联而成。

1.主输出电路原理 主电路的输出回路见附图中粗实线。B2为升压型高压变压器，初级输入220V，次级升压至560V，次级额定输出电流大于5A。B2次级输出的交流电压经晶闸管SCR301、SCR302全波整流、C303、C304、L301滤波后产生一直流电压U2，晶闸管的导通角受控后可在0~180°范围内调整，因此U2的输出电压范围很宽，约数伏到500多伏。变压器B301为一个多绕组的变压器，其中次级16V绕组的额定输出电流大于5A，其它次级绕组的电流大于1A即可。次级16V绕组输出的电压经全桥ZL201整流、C201滤波后，产生出约20V的低电压U1。大家可以看出，U1与U2是串联叠加的。由于二极管D304的箝位作用，加在线性调整管Q301、Q302的c、e极两端的最大电压不会超过U1的值。因此输出电压UO由U1+U2串联升压后再经Q301、Q302线性稳压后产生。Q301、Q302承受的最高电压不超过20V，即使输出电流达5A时，最大功耗也才100W，只要加上合适的散热器，完全在安全工作范围内。而Q301、Q302则处于开关状态，功耗也不大，再加上使用了大电流高耐压的单向晶闸管（25A/1200V），因此整个系统的可靠性非常高。

2.晶闸管移相触发脉冲产生电路

B301的次级双14V绕组电压经D101、D103全波整流后，形成100Hz的脉动波加至IC101A的同相输入端。IC102稳压产生12V的稳定工作电压，该电压由R103、R104、R105串联支路分压产生1.5V、0.5V两个参考电压。其中0.5V参考电压加至IC101A的反相输入端，1.5V参考电压加至IC101B的同相输入端。IC101A为一电压比较器，由其将100Hz脉动波整形成前后沿陡峭的矩形波（占空比接近100%）。IC101B构成积分器电路，它将矩形波转换成线性良好的锯齿波。IC101C也为一电压比较器，这里它构成了脉冲宽度调制器，IC101C的反相端加入锯齿波，同相端则加入调制电压信号。当同相端的电压升高时，IC101C输出的脉冲占空比升高。反之则降低。

3.基准电压产生电路 B301的次级18V绕组电压经桥式整流滤波后，产生约20V的非稳定电压，该电压供IC2工作。D107为9V的稳压二极管，它产生一精确的基准电压，经IC2C变换成14V稳定参考电压。

4.比较放大器 IC102D构成电压比较放大器（实际上为一跟随器）。VR301为调节输出电压的主电位器，VR302、VR102等构成补偿电路，调节VR301后，即可改变加于IC102D同相端的参考电压。调整过程如下：当某种原因（如温漂）使Q302的发射极电压上升时，经1R27、FL301、R125后反馈回IC102D的反相端，进而使IC102D的输出电压下降，Q302趋于截止，使Q302的发射极电压恢复正常。

5.限流保护电路 IC102B、电流取样电阻1R27、FL301等构成保护电路。VR303为调节限流的主电位器，VR101为补偿电位器。IC102B的同相端加一稳定的参考电压，而反相端则加上由1R27、FL301电流取样后转换出的电压。一旦过流，IC102B的反相端电压大于同相端电压，IC102B输出低电平，经D111后使Q301、Q302截止，同时使Q201导通，通过光耦N201后使Q202、Q203导通，蜂鸣器FM301报警，单稳电路IC201动作，J302吸合（当K303闭合时）切断输出主回路。同时J302的另一副触点闭合自保，维持J302吸合。

6.晶闸管的预调压 IC101C产生的PWM脉冲信号，经Q101、Q102、Q103电流放大后，加于SCR301、SCR302的门极上进行移相触发，进而控制其导通角，实现晶闸管在大范围内进行预调压。调整过程如下：有某种因素使输出电压Uo↓→Q301、Q302的基极电流Ib↑→Q301、Q302的c、e极电压Uce↓→Q104的基极电流Ib↓→Q104的c、e极电压Uce↑→IC101C输出的矩形波占空比↑→SCR301、 SCR302导通角↑→预调电压U1↑→Uo↑恢复正常。

7.其它 IC202、IC203稳压产生的两组5V电源供数字电流表及数字电压表工作所用。电路中A为三位半电流表，V为四位半电压表，M301为冷却风扇， FL301锰铜丝制成的电流表取样电阻。

元件选用

变压器B2的次级绕组额定电流应达5A。变压器B301的次级16V绕组额定电流也应达5A，其它次级绕组的额定电流有1A就可以了。

晶闸管SCR301、SCR302选25A/1200V。V301~V305为25A/1200V整流二极管，它们均需安装在合适的铝质散热器上。C301~C306、C310~C311应选进口高品质铝电解电容器。VR301、VR303为多圈式精密线绕电位器。其它元件均按图中标示选用。

主要技术特点

本电源的输出电压为0~500V直流（连续可调）；输出电流为0~3A直流（连续可调）；按键AN301按下时，调节VR303用于设定最大输出电流（从电流表显示）；开关K303闭合时，若过流即切断输出，否则只进行蜂鸣器报警。

超级电容直流操作电源 篇4

1 超级电容代替蓄电池的可行性

超级电容器[2,3,4,5]包括双电层电容器EDLC (Electric Double-Layer Capacitor)和电化学电容器2大类。EDLC超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件,其多孔化电极采用活性炭粉和活性炭纤维,电解液采用有机电解质。工作时在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成了双电层中聚集的电容量。其多孔化电极是使用多孔性的活性碳,有极大的表面积在电解液中吸附着电荷,因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量,超级电容器的这一特性是介于传统的电容器与电池之间。超级电容与铅酸蓄电池特性比较如表1所示。

超级电容与蓄电池相比,具有环保、寿命长、对环境要求低、可提供大电流充放等特点,近年来已成为电动汽车研究与应用的重点,电动汽车的开发又促进了超级电容的发展[6,7,8,9,10]。在直流操作电源事故负荷较大的变电站中,可用超级电容与铅酸蓄电池并联的方式[11,12]:在直流操作电源事故负荷较小或要求不高的中小变电站中,可用超级电容代替铅酸蓄电池[13,14,15]来提高电源系统可靠性,减少系统维护工作量。

2 超级电容直流操作电源系统设计

超级电容直流操作电源的最大特点是免去了铅酸蓄电池的日常维护工作量,设备环保,成本低。超级电容寿命长(大于10年),这样可以使直流操作电源系统的寿命达到10年以上。缺点是超级电容的储能密度不如铅酸蓄电池高,如果事故负荷较大,会增加设备的体积和成本。对此设计了双充冗余热备份的高可靠直流操作电源系统。通过冗余备份解决了电源系统的可靠性。超级电容直流操作电源如图1所示(图中,Z1、Z2为自动切换装置)。

超级电容直流操作电源采用2套完全相同的整流器,输出通过单母线分段向负荷供电。具有下面3个特点。

a.整流器采用冗余热备份设计,其交流输入均采用双路自动切换,只要2路交流进线有一路正常,一路整流器正常,整流器就可提供正常电源输出。

b.超级电容用于为冲击负荷和故障负荷提供电能,可根据负荷大小确定超级电容的容量,一般选择1F/300 V,一只或多只并联。

c.2路整流器输出通过单母钱分段方式向负荷供电,根据用户不同可以选择2段母线分段运行,故障时母联开关自动投入或人工投入;或选择2段母线一并运行,2路整流器一主一备,一路故障另一路自动投入或人工投入;或选择2段母线、2套整流器直接并联的运行方式,任何一路整流器故障,将会自动退出。

3 超级电容直流操作电源可靠性分析

超级电容直流操作电源与铅酸蓄电池直流操作电源相比,系统可靠性、可用性和可维护性得到提高。

整流器采用2套并联冗余结构,其可靠性高于单套整流器的可靠性,系统具有容错能力。由于2套整流器的可靠度相等,根据并联系统可靠性计算公式,当单套子系统可靠度为Ri(t)=e-λ0t(i=1,2,…,n)时,N套并联后的可靠度为Rs(t)=1-(1-e-λ0t)n,并联后系统的平均故障间隔时间MTBF (Mean Time Between Failure)记为ts:

即可写为,t0为,为套子系统的,MTBF，可见并联结构系统的MTBF比单套子系统提高倍。本系统采用2套相同的整流器,故系统的平均故障间隔时间将提高1.5倍[16,17]。

本系统通过超级电容代替铅酸蓄电池,提高了直流操作电源系统对中小变电站的环境适应范围,特别是在环境温度相对较高的变电站,将解决铅酸蓄电池的寿命急剧变短的问题,从而提高直流操作电源系统的可用性。

通过超级电容代替铅酸蓄电池,不存在铅酸蓄电池的定期活化问题,由于蓄电池活化可能影响生产的正常进行,有些重要用户实现很不方便。这样直流操作电源系统的维护工作将大为减少;另外,2路整流器和输出母线系统的任何维护都不影响电源系统的正常运行,系统结构简单、运行灵活,具有较高的可维护性。

4 结语

用超级电容代替铅酸蓄电池,通过采用冗余的方式提高系统的可靠性,设计的直流操作电源系统,解决了由于蓄电池自身为电源系统带来的环保、维护、寿命等问题,提高了电源系统的可靠性、可维护性和可用性。该电源系统已经在矿井变电所等工矿企业成功应用,实践表明用超级电容代替铅酸蓄电池是直流操作电源系统的一个发展方向,并将随着超级电容发展不断扩大应用范围。

摘要：提出采用超级电容，即双电层电容器EDLC(Electric Double-Laver Capacitor)代替铅酸蓄电池设计的直流操作电源系统。超级电容用于为冲击负荷和故障负荷提供电能，可根据负荷大小确定超级电容的容量，一般选择1 F/300 V，一只或多只并联。对于超级电容的储能密度不如铅酸蓄电池高的缺点，电源系统采用了双充冗余热备份结构。通过对超级电容系统的可靠性分析，表明冗余备份使电源系统的平均故障间隔时间MTBF(Mean Time Between Failure)提高了1．5倍。应用结果表明用超级电容代替铅酸蓄电池是直流操作电源系统的一个改进方向。

直流稳压电源设计实验感想 篇5

王鹏：通过这次直流稳压电源设计实验，我感触很多。这大概是我第一次设计电路并焊接实物，确实有一定的挑战性。首先，我知道了理论与实际的关系，有时理论正确，但实际并非如此，影响它的外界因素很多，必须要考虑，如：接触不良问题，虚焊短路问题，实验元件问题等等，只要出现一个误差，就有很大的影响；其次，我明白了团队协作的重要性，一个人无论理论知识如何扎实，也不可能完成所有内容，一个人的思想毕竟是片面的，能力也是有限的，因此需要若干个人的协作，如：焊板子时，至少一个人固定元件，一个人焊接；最后，我认为科学是严谨的，无论出现什么样的结果我们都要严禁客观地记录，一定不能为了数据结果的正确性而有所改变真是数据。

我认为焊电路板这种活动我们还很不成熟，需多加练习，同时也希望学院实验室开放时间增长一些，满足我们的需要。

浅谈变电站直流电源系统设计 篇6

关键词：直流电源系统；蓄电池组；绝缘监测装置

中图分类号：TM642 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0116-02

1 变电站直流电源系统作用

变电站直流电源系统主要用于为变电站控制保护装置、自动化装置、高压断路器分合闸机构、通信、计量、事故照明等装置提供电源，其性能与质量直接关系到变电站设备的安全可靠，甚至影响到整个电网的稳定运行。

2 变电站直流电源系统构成

变电站直流电源系统主要由交流进线、充电装置、监控单元、馈线回路、蓄电池组、绝缘监测装置等组成。

2.1 交流进线

交流进线主要由交流输入开关、交流接触器、防雷器等部件组成。为了保证交流供电的可靠性，交流进线大多使用两路交流输入，此时就需要配备带机械互锁装置的交流接触器或是双电源自动切换装置，两路交流电源应分别取自站用电不同段的交流母线。

2.2 充电装置

充电装置采用智能高频开关电源模块，具有体积小、效率高、扩容方便等优点。

2.2.1 模块采用N+1冗余设计，可带电热拔插。

2.2.2 多个模块并列运行时，具有良好的均流特性。

2.2.3 每个模块内部具有监控功能，能不依赖总监控单元，独立工作。

2.2.4 模块具有输入过压、欠压、缺相或相间不平衡、输出过压、欠压、短路、模块过温保护等功能。

2.3 监控单元

微机监控单元是高频开关电源及其成套装置的监控、测量、信号和管理系统的核心部分。装置一方面能根据直流系统运行状态，综合分析各种数据和信息，对整个系统实施控制和管理；另一方面还能将整个电源系统的信息以客户指定的通讯协议上传到后台，而且能适应直流系统各种运行方式。监控单元一般有按键式和触摸屏两种操作方式，用户可以根据自己的需要灵活选择。

2.4 馈线回路

根据用户的实际需要设计一定数量的馈线回路，包括馈线开关、状态/报警触点、指示灯等部件。

2.5 蓄电池组

2.5.1 蓄电池组的型式。蓄电池组是直流系统的重要组成部分，一般选用阀控式密封铅酸蓄电池。

2.5.2 蓄电池组的配置。为满足控制和保护冗余供电需要，220～500kV变电站直流电源系统均应配置两组高频充电装置和两组蓄电池；为满足无人值班直流供电冗余需要，110kV变电站直流电源系统宜配置两组高频充电装置和两组蓄电池。

2.5.3 蓄电池组的安装方式。蓄电池组可以采用集中安装和分散安装两种方式。集中安装一般采用组屏安装然后与其余的充馈电柜等安装在一起；分散安装则需设立独立的电池室，将电池安装在电池架上。用户可以根据现场的实际情况选择合适的安装方式。当变电站设有继电保护装置小室时，一般采用分散安装方式。

2.5.4 接线方式。

（1）一组蓄电池直流系统采用单母线分段接线或单母线接线。单母线分段接线分为两种类型：一组蓄电池配置一套充电装置时，二者接入不同母线段；一组蓄电池配置两套充电装置时，两套充电装置接入不同母线段，蓄电池组跨接在两段母线上。

（2）两组蓄电池直流系统采用两段单母线接线，蓄电池组分别接于不同母线段，二段母线之间设联络电器。它可分为两种类型：两组蓄电池配置两套充电装置时，二者接入不同母线段；两组蓄电池配置三套充电装置时，两组蓄电池及两套充电装置分别接入不同母线段，第三套充电装置经切换电器对两组蓄电池进线充电。

两组蓄电池正常情况下应分列运行，考虑到定期充、放电试验要求，为了转移直流负荷，

需要对二段母线进行切换操作。切换时蓄电池组不得脱离直流母线，切换过程中允许两组蓄电池短时并列运行。并联操作时两组蓄电池的压差应满足小于系统额定电压的5%的要求。

两段母线间的联络电器可以采用直流隔离开关，因短时并联操作频率低，可加装机械锁。

2.5.5 蓄电池组出口保护电器。蓄电池组出口保护电器大多采用熔断器。由于多种因素导致熔断器熔断后其报警触点不能可靠地发出报警信号，所以运行人员不能及时发现蓄电池组自动脱离直流母线的重大故障。一旦站用交流发生异常，将会导致全站直流失压，造成非常严重的

后果。

针对以上情况提出一些解决方案：一是当系统某回路发生短路后，运维人员应对该回路进行系统的检测，尤其是蓄电池组熔断器，必要时要更换熔断器；二是在蓄电池组增加一只电流传感器，当回路电流为零时报警；三是蓄电池组保护电器可以选用带辅助触点的直流专用断路器。

2.6 绝缘监测装置

2.6.1 功能。绝缘监测装置的主要功能是对母线电压、母线对地绝缘电阻及各馈线支路、蓄电池回路绝缘状况进行测量判断，超过正常范围时自动发出报警信号，并正确指示发生故障的支路。它既可通过串口与监控模块通讯，也可直接与综合自动化系统相连。

2.6.2 工作原理。支路绝缘监测原理目前有两组检测法，即低频信号注入法和直流漏电流检测法。

（1）低频信号注入法：较早的绝缘监测装置基本上都采用了小信号注入法，即当母线检测到接地异常时，将一个约5～20V，5～20Hz的低频信号注入母线，交流CT通过锁相技术等方式便可检测到不平衡电流即漏电流，然后再通过数据线将检测信号送至主机做相应处理。优点是CT结构简单、成本较低。缺点是一旦注入交流信号的幅值或频率及低频信号源选择不当，容易引起保护误动或干扰设备正常运行；检测精度受接地电容影响，不能识别母线接地极性，当系统存在较大电容电流时，会影响装置的正确

判断。

（2）直流漏电流检测法：优点是无需向母线注入交流信号，受接地电容的影响小，能识别接地母线的极性，能测量双端接地。缺点是成本高于交流CT，环境温度和工作电压的波动会影响测量精度。

2.6.3 配置原则。直流系统发生一点接地时系统仍然可以维持运行，但应立即报警尽快消除，否则再发生一点接地就会形成两点接地，很有可能造成保护装置误动、拒动或直流系统短路等故障。因此直流系统绝缘监测装置应具有较高的绝缘故障监测灵敏度和绝缘阻值测量精度，应能连续长期运行，必须具有防止直流系统一点接地引起保护误动作的功能。

绝缘监测装置分主机和分机，主机需要配置平衡桥电阻和检测桥电阻，而分机不用。

220kV及以上变电站应按蓄电池组数量配置相应数量的直流微机绝缘监测装置主机。

同一变电站内两段独立的直流母线应在各自的直流主屏上分别配置一套同型号、独立的直流绝缘监测装置

主机。

直流分电屏应配置直流监测装置分机，不应再配置

主机。

独立运行的两段直流母线，若需要短时间并列运行时，应退出一套绝缘监测装置及断开平衡桥接地回路。为了操作方便，可以安装绝缘监测装置手动/自动投入开关。为了便于发生接地故障时能够较快查出接地位置，可以尽量多增加一些馈线开关，减少下级并联支路。

3 结语

为了更好地满足电网安全、可靠运行的要求，同时为了避免因为直流系统故障，扩大为事故，并导致大型设备损坏或引起大面积电网事故的可能性。我们应该不断地加强技术进步，优化设计方案，生产出优质的、高水平的

产品。

参考文献

[1] 电力工程直流系统设计技术规程（DL/T5044-2004）[S].

[2] 直流电源系统绝缘监测装置技术条件.

数控直流稳压电源设计 篇7

1 几种数控直流稳压电源设计方案比较

1.1 几种设计方案电路原理

方案1:采用模拟的分立元件, 利用纯硬件来实现功能, 通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路, 实现稳压电源稳定输出±5 V、±12 V、±15 V并能可调输出0～30 V电压, 见图1所示。但由于模拟分立元件的分散性较大, 各电阻电容之间的影响较大, 因此所设计的指标不高、不符合设计要求、且使用的器件较多、连接复杂、灵活性差、功耗也大, 同时焊点和线路较多, 使成品的稳定性和精度受到影响[4]。

方案2:此方案采用传统的调整管方案, 主要特点在于使用一套双计数器完成系统的控制功能, 其中二进制计数器的输出经过D/A变换后去控制误差放大的基准电压, 以控制输出步进。十进制计数器通过译码后驱动数码管显示输出电压值, 为了使系统工作正常, 必须保证双计数器同步工作[5]。

方案3:此方案不同于方案1之处在于使用一套十进制计数器, 一方面完成电压的译码显示, 另一方面其输出作为EPROM的地址输入, 而由EPROM的输出经D/A变换后控制误差放大同步的问题, 但由于控制数据烧录在EPROM中, 使系统设计灵活性降低[6,7]。

方案4: 此方案采用51系列单片机作为整机的控制单元, 通过改变输入数字量来改变输出电压值, 从而使开关控制电源输出电压发生变化, 间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小, 经过ADC0809进行模数转换, 间接用单片机实时对电压进行采样, 然后进行数据处理。利用单片机程控输出数字信号, 经过D/A转换器 (DA0830) 输出模拟量, 再经开关电源控制电路, 使得输出电压达到稳压的目的。单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监控, 输出电压经过电流/电压转变后, 通过A/D转换芯片, 实时把模拟量转化为数据量, 经单片机分析处理, 经过数据形式的反馈环节, 使电压更加稳定, 构成稳定的压控电压源。而且采用PWM控制的开关电源, 该电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。而且在成本上与同等功率的线性稳压电源相当, 而电源效率显著提高, 体积和重量则大为减小[8,9]。

2 方案的比较与论证

(1) 输出模块

方案1采用线性调压电源, 以改变其基准电压的方式使输出不仅增加/减少, 这样不能不考虑整流滤波后的纹波对输出地影响, 此输出只能是用万用表量出。而方案2、方案3中使用运算放大器做前级的运算放大器, 由于运算放大器具有很大的电源电压抑制比, 可以减少输出端的纹波电压。在方案1中, 为抑制纹波而在线性调压电源输出端并联的大电容降低了系统的响应速度, 这样输出的电压难以跟踪快变的输入, 方案4中的输出电压波形与D/A变换输出波形相同, 不仅可以输出直流电平, 而且只要预先生成波形的量化数据, 就可以产生多种波形输出, 使系统有一定驱动能力的信号源。

(2) 数控模块

方案1利用纯硬件来控制电压的输出, 其中最基本的电路原理分析, 需要计算负载的大小, 稳压管的选择有关, 方案2、方案3中采用中、小规模器件实现系统的数控部分, 使用的芯片很多, 造成电路内部接口信号繁琐, 中间相互关联多, 抗干扰能力差, 如方案1中的双计数器一旦出现计数不同步时, 会导致显示电压与输出电压不一致。在方案4中采用AT89C51单片机完成整个数控部分的功能, 同时, AT89C51作为一个智能化的可编程器件, 便于系统功能的扩展[10]。

(3) 控制模块

在该系统中, 采用具有D/A转换功能的PWM调节电路、斩波电路、阔流器和可调稳压管 (LM317) 去控制输出参考电压, 在利用A/D转换采样, 使输出更准确, 且纹波小, 电流亦可扩展, 容易保护电路。

(4) 显示模块

方案2、方案3中的显示输出地对电压的量化值直接进行译码显示输出, 显示值为D/A变换的输入量, 由于D/A变换与功率驱动电路引入的误差, 显示值与电源实际输出值之间可能出现较大偏差。方案4中采用A/D转换电路, 通过对输出电压的采样, 经过单片机的分析处理, 通过数据的反馈环节, 使电压更加稳定, 这样使得显示值与实际输出之间的偏差减为最小。方案4采用4位数字电压表直接对输出电压采样并显示输出实际电压值, 一旦系统工作异常, 出现预制值与输出值偏差过大, 用户可以根据该信息予以处理, 还采用了键盘/显示器的查询时间, 提高了CPU的利用率。

3 结束语

如前所述, 虽然方案3比前两者有许多优点, 但方案1、方案2对于完成设计要求并非不可行, 而且在某些方面还具有优势, 之所以采用方案4, 一个很重要的考虑是系统使用了单片机, 使得进一步的功能扩展较为方便。

摘要：设计了“数控步进直流稳压电源”提出了人性化、高标准、低成本的要求, 以微控制器为核心, 设计一数字式直流电压控制系统, 系统由单片机、A/D转换器、D/A转换器组成。该系统提高了CPU的利用率, 方便了功能的扩展。

关键词：单片机,D/A转换器,稳压电源,A/D转换器

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直流屏逆变电源直流偏磁的抑制研究 篇8

在SPWM全桥逆变器中,为了实现输入输出之间前的电气隔离和得到合适的输出电压幅值,一般在输出端皆有工频变压器。逆变桥输出为SPWM脉冲波,理论上不存在直流分量。但是,在实际运行中,很多因素会造成变压器直流偏磁,容易引起铁芯饱和,甚至出现一些故障导致逆变器无法正常工作。而且用于电力系统的直流屏逆变电源,对于输出电压的质量要求更高,因此,直流偏磁情况必须解决。

有关文献对直流偏磁从不同方面做出了研究:文献1采用重复控制策略,但此控制策略动态性能不佳;文献2提出了双环控制,算法比较复杂;文献3在逆变桥周围进行电路改进[3],对于使用IPM模块的逆变器并不适合。

本文通过对单相桥式逆变电源偏磁产生原因深入分析,采用对输出变压器初级电流采样检测,通过PI控制最大限度抑制偏磁。并且通过理论分析,充分考虑变压器对偏磁的承受能力,合理地设计逆变电源输出工频变压器。因此从硬件和软件算法两个方面同时保证逆变系统的正常工作。

1 直流偏磁现象的分析

SPWM全桥逆变器如图1所示。直流偏磁现象是电力变压器的一种非正常工作状态,由于输出变压器原边电压正负波形不对称,引起变压器铁芯工作磁滞回线中心点偏离零点,从而造成磁工作状态不对称的现象[5][8]。在SPWM全桥逆变器中,若输出变压器一次侧电压正负半周波形对称,铁芯磁工作点将以原点为中心沿着磁滞回线对称地往复运动。反之,正负波形不对称,则正负半波磁感应强度幅值不同,磁工作区将偏向第一或第三象限,形成直流偏磁。造成一次侧电压正负波形不对称的原因主要有如下几个因素:正弦调制波或三角载波存在直流分量;功率开关关关断时的存储时间不一致;调制脉冲中死区时间的加入等。

由上述分析可知,在SPWM全桥逆变器中必然存在直流偏磁,变压器的这种状态导致一系列影响变压器正常工作的严重后果:增加了变压器的无功损耗;引起保护继电器的误动作;铁心的高度饱和使漏磁增加,如果偏磁继续积累,铁芯进入深度饱和,磁工作点进入非线性区,变压器铁芯相对导磁率μr将迅速减小,由公式磁导率可以看出,此时励磁电流Iμ迅速增大,甚至会引起逆变颠覆。所以采取合适的方法抑制偏磁至关重要。

2 抗偏磁策略

如图2所示,由安培环路定律可知:Hl=i1N1+i2N2(1)

式中1为变压器铁芯的平均磁路长度。原边电压u1是周期函数,则原边电流i1,主磁通Φ都是周期函数,用傅立叶级数表示如下:

式中u1-,i1-,Φ-分别为u1,i1,Φ的直流分量。而原边电压又可表示为:

式中H-,i2-分别为H,i2的直流分量。由(5)可见变压器初级电压中存在直流分量是偏磁的主要原因,如果能将原边电压中的直流分量迅速检测出来,并加以控制使之减小,就可以很好地抑制偏磁[4][9]。

2.1 原边电流直流分量的检测

原边电流检测调理电路原理图如图3所示。电流信号的处理与电压信号的处理有所不同,本系统采用将电流信号转换成电压信号再对其进行处理,即电流互感器将电流信号转成和其成比例的电压信号,然后经过调理电路,去A/D采样,该采样值就是变压器直流偏磁量的数字表现形式[10]。

检测到直流分量后,需要对他进行调节,达到无偏磁,SPWM逆变器采用全数字化控制,采用数字PI调节最适用,如图4所示。定义原边电流直流分量的误差量Ie(k)=0-i1-(k)。数字PI控制器根据i1-(k)来产生所要求的控制量。

u(z)=KpIe(z)+KIIe(z)/(1-z-1),采用增量式PI控制算法,其增量表达式为:Δu(k)=KP(Ie(k)-Ie(k-1)+KIIe(k),式中u(k)为抗偏磁控制器输出偏磁补偿量;Kp,KI分别为数字PI控制器的比例及积分系数。

通过检测原边电流,并将它作为反馈引入控制电路,通过数字PI控制器得出的控制量可用于对SPWM驱动脉宽进行修正,以减小原方电流中的直流分量,把变压器的直流偏磁限制在较小范围内。这种方法实现了直流偏磁的自动调节[11],实现起来简单直观、效果好。

2.2 变压器的设计

目前,直流偏磁所引起一系列电磁效应和变压器承受直流偏磁的能力,未被系统地研究和完全考虑在变压器的设计过程中,所以研究直流偏磁对变压器运行特性的影响,对于变压器制造厂家和电力系统都是十分重要的。

在逆变电源变压器设计中,应注意变压器对偏磁有一定的承受能力[6]。按B=U/(4.44fN1S)确定变压器的参数时,B的取值不应太接近变压器铁心的饱和磁感应强度,应比铁心的饱和磁感应强度低一些;在B确定后,如果条件允许,应尽量减小绕组的匝数,增大变压器铁心的截面积,增大变压器铁心的磁路长度,初级绕组的导线应尽可能细一些。本文中变压器的设计则是按照以上要求定做,实验结果表明,运行稳定可靠。

3 实验结果

采用上述主电路结构、控制策略、变压器的设计,在一台输出功率为1KVA,频率为50HZ电压有效值为的逆变电源上进行实验,不运用抗偏磁电路和运用抗偏磁电路时的逆变器输出电压波形分别如下图所示:

通过对比可以看出,在没有任何抗偏磁措施的情况下,隔离变压器出现了偏磁,产生了一定程度的畸变,如图(a)所示。采用抗偏磁措施后,变压器输出电压保持为很好的正弦波,偏磁现象得到了很好的抑制,如图(b)所示。

4 结论

本文详细分析了电源逆变器偏磁饱和的机理,在此基础上进行了实验,实验结果证明了本文提出的PI控制的抗偏磁方法可以很好地解决逆变电源输出隔离变压器偏磁饱和的问题,改善了系统的波形控制精度,提高了系统的可靠性,对于逆变器系统的设计和制造具有重要的理论意义和实际价值。

摘要：全桥逆变电源输出变压器存在直流偏磁，会对逆变电源和交流负载产生不利影响，必须消除偏磁来保障逆变电源可靠运行。针对偏磁问题，深入分析了偏磁产生的原因，在此基础上提出了解决方案。从算法改进角度考虑对偏磁的抑制，通过检测变压器原边电流的直流分量，反馈给控制器进行PI调节以减少偏磁。并且在设计变压器时加强对抗偏磁能力的设计。该方案已经成功应用于一台1KVA的电力逆变器中。最后通过实验验证了该方法的可行性与有效性，实验结果表明，该方案产生的正弦波质量高，直流分量消除效果明显。

关键词：直流屏逆变电源,变压器设计,偏磁抑制策略

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[9]金鑫．高性能逆变电源的研究，西南交通大学，2004：72

精密数控直流电源设计 篇9

关键词：开关电源,数控电源,直流稳压电源,电流保护,矩阵键盘,dsPIC30F4013

0 引言

在市面上,电源产品各式各样,有可调节的和固定式的。但是这些电源普遍存在一些问题,如转换效率低、功耗大、输出精度不高、可调节范围过小、不能满足特定电压的要求、输出不够稳定、纹波电流过大,并且普遍采用可调电阻器调节,操作难度大,易磨损老化[1]。

针对以上问题,笔者设计了一种精密数控直流电源,在传统电源的基础上增加了以单片机为基础的数字控制部分,克服了普通电源只能输出恒定电压值的缺点,即它能在其它硬件设备的支持下通过单片机编程来改变电压的输出范围和步进系数。

1 总体方案设计

精密数控直流电源总体方案设计框图如图1所示。

工作原理:采用AC-DC主电路输出直流电压,通过DC-DC斩波电路输出电压,并采用过流保护电路实现输出电流的保护。通过矩阵键盘给定输出电压值,通过I2C接口的数字电位器MAX5478控制DC-DC斩波电路的反馈端电压,达到调节输出电压的目的。输出电压经过采样,与矩阵键盘给定电压进行比较,实时改变数字电位器的阻值,构成闭环调节电路,该部分主要通过软件实现。闭环调节可提高稳压电源的带负载能力。

2 主要电路的设计

2.1 DC-DC斩波电路

DC-DC斩波电路采用LM2596开关稳压芯片设计。LM2596为降压型电源管理芯片,能够输出3 A的驱动电流,同时具有很好的线性和负载调节特性[2,3],LM2596可用在高效率降压调节器、单片开关电压调节器、正负电压转换器等电源设备中。本文采用2片LM2596,一片用于单片机等数字控制系统的+5 V供电,另一片用于0～24 V可调输出。DC-DC斩波电路如图2所示。

2.2 过电流保护电路

过电流保护电路采用美信公司的电流检测放大器MAX4374。MAX4374是一种微功耗电流检测集成电路,内部除了电流检测放大器外,还集成了电压比较器及基准电压源,提高了电流检测精度,工作电流典型值为50 μA,工作电压范围宽(2.7～28 V),输入失调电压低,最大值为1 mV,电流检测精度为2%。可用于组成电流检测器、过流保护器等设备中,用于控制精密电源设备。过电流保护电路如图3所示。

2.3 数字控制和显示电路

数字控制电路如图4所示,采用高性能16位数字信号控制器dsPIC30F4013为主控芯片,通过矩阵键盘检测输入电压设定值,经数字电位器MAX5478反馈调节LM2596的FB端(见图2),达到数字控制输出电压的目的。LCD1602用来实时显示电压电流值。

采用数字电位器MAX5478[4]可实现输出电压的微步进调节。MAX5478为非易失、双路、线性变化的数字电位器,能实现机械电位器的功能,采用简单的2线数字接口取代机械调节[5],其标称阻值为50 kΩ。

3 软件设计

在单片机dsPIC30F4013中实现电源各模块的功能,并最终实现总体功能。主程序流程如图5所示。

(1) 检测矩阵键盘的输入,确定输出电压值。

(2) 单片机周期性地对电源输出取样的信号进行转换,得到实时电压/电流数值,处理后经LCD1602显示。

(3) 循环方式对输出电压电流进行监控,如果超过限定值,自动断开主电路。

注意:主程序中应该加上看门狗复位程序,防止程序长时间运行发生错乱。

4 测试

为了验证该电路的可靠性及测试电源的稳定性能, 进行了最大输出电流和负载调试测试。

4.1 最大输出电流测试

最大输出电流的测试结果如表1所示。

从表1可看出,低压段的电流输出值很大,可以达到3.3 A以上;高压输出时,电源大电流的性能有所下降, 总体性能比较稳定,符合设计的要求。

4.2 负载调整率测试

输出电压负载率测试结果如表2所示。

ΔU=max[|U10 Ω-U20 Ω|,|U40 Ω-U20 Ω];α=(ΔU/U20 Ω)×100%。

从表2可看出,该电源的线性调整率较为平稳,在低压和高压输出段都保持着不错的带负载能力,高电压输出时负载调整率略有下降,总体性能比较稳定。

5 结语

高精度数控直流电源采用开关稳压芯片LM2596和16位数字信号控制器dsPIC30F4013,将开关直流稳压电源的高效率性和嵌入式系统的高精度数据采集处理能力相结合,实现了数字控制在精密智能电源模块中的应用。该电源利用数字电位器MAX5478实现输出电压的微步进调节,具有输出电流保护功能、实时显示电压电流、矩阵键盘人机交互等功能。由测试数据可以看出,该直流电源具有输出性能稳定、带负载能力强等优点,具有一定的实用价值。

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直流稳定电源 篇10

轻型高压直流输电技术以电压源换流器VSC(Voltage Source Converter)为基础,具有有功功率和无功功率独立控制、可向无源网络供电、换向可靠性高等优点,在高压直流输电和可再生能源发电系统中得到广泛应用[1,2,3]。

可再生能源发电单元一般包括直流网络[4],因此,含可再生能源电源的电力系统潮流分析应采用交直流潮流算法[5]。传统交直流潮流计算方法主要针对相控换流器[6,7],而VSC采用脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)控制技术,其工作原理与基于相控换流器的交直流系统存在显著差异,因此,对于采用VSC技术的交直流电力系统,其潮流分析无法沿用传统的交直流潮流算法。文献[8-10]对轻型直流输电的交直流潮流计算方法进行了研究,给出了交替求解潮流算法;文献[11]最早提出了可嵌入牛顿法潮流计算的VSC数学模型,实现了对含VSC的交直流系统的潮流计算;文献[12]推导不同控制方式下交直流系统的潮流修正方程式,提出了VSC交直流系统潮流的统一迭代求解算法。这些算法中均没有直接处理可再生能源发电系统中的直流电源和直流负荷,收敛性也有待进一步改进。

本文在分析轻型直流输电技术特点的基础上,将VSC和直流网络嵌入牛顿-拉夫逊潮流迭代算法中,从交流网络、VSC和直流网络三部分推导了其相应的修正方程式,实现了包含直流电源和直流负荷的交直流电力系统潮流计算。

1 可再生能源发电与直流网络

近年来,太阳能和风力发电等可再生能源发电技术得到越来越广泛的应用。太阳能发电和蓄电池均为直流输出,在接入电网运行时需要通过逆变器转换成交流电。

风力发电机虽然为交流输出,但考虑到风速的随机性特点,目前,许多风电场使用VSC技术先将交流整流,再经逆变后接入大电网中[13,14]。

小型可再生能源发电系统,如农村户用风、水、光互补发电系统[15],需将各发电单元经过转换器和直流母线汇流,并接入统一的储能单元后再逆变成交流电,向用户供电或接入电网。此外,直流母线上有时还直接向直流负载供电。

2 基于VSC的交直流分界面模型

在基于VSC的交直流输电系统中,与VSC相连的交流母线称为交流特殊母线,采用变量i编号;其余交流母线称为交流普通母线,采用变量j编号。选取一个与母线i连接的VSC,编号为l,其稳态物理模型如图1所示,其中Psil、Qsil分别为从交流母线流向VSC的有功功率和无功功率;Rcil、Xcil分别为VSC等效电阻和换流电抗;Uti、Ucl分别为交流母线电压和VSC输出基频电压;δti、δcl分别为Uti和Ucl的相位角;Pti、Qti分别为注入母线i的有功功率和无功功率;Pcl、Qcl分别为流入VSC的有功功率和无功功率;Udl、Idl分别为VSC的直流侧电压、电流;Ml、δl为PWM控制系统的控制变量。

设PWM的直流电压利用率为μl(0<μl≤1),调制度为Ml(0

根据图1所示的电压关系,可以得到VSC从交流母线吸收的有功功率和无功功率:

其中,,αil=arctan(Rcil/Xcil),δil=δti-δcl。

3 含直流电源和直流负荷的交直流潮流计算方法

在研究交直流系统的潮流计算方法时,可以将该系统划分为交流网络、VSC和直流网络三部分,其中VSC作为交流网络和直流网络之间的中间联络环节,通过VSC的换流器方程形成交、直流网络的耦合关系。下面分别建立各部分的功率、电流不平衡方程,从而形成牛顿-拉夫逊法统一迭代的修正方程组。

a.交流网络方程。

对于交流普通母线,其功率不平衡方程可直接采用相应的牛顿-拉夫逊法潮流计算公式[6]。

对于图1中的交流特殊母线i,考虑到它与VSC存在功率交换关系,可以列出其功率不平衡方程:

其中,Ui和Uj分别为交流母线i、j的电压;Gij、Bij和θij分别为母线i与j之间的电导、电纳和电压相位差。

b.VSC方程。

由式(2)、(3)可得VSC的功率不平衡方程:

因换流桥的损耗已由电阻Rcil等效,故直流功率Pdl与注入换流桥的有功功率Pcl相等,有:

因此,换流桥的功率不平衡方程为:

VSC的直流侧与直流网络只有一对交互变量,即直流电压与直流电流,如图2所示。因此,VSC输出电流与直流网络有如下不平衡方程:

其中,Rdl为VSC连接直流支路的电阻;Udn为该支路连接的直流节点电压;n为直流母线编号。

c.直流网络方程。

对于直流网络中的直流节点,有:

其中,Pdn为节点注入功率;鄱Id为该节点所有支路及直流电源和直流负荷电流之和,流出方向为正;VSC输出端看成一条直流母线参与编号和计算。

对各支路有直流电流不平衡方程:

其中,Udn1、Udn2为该支路首、末端节点电压。

将各部分的功率及电流不平衡方程组合成基于VSC的交直流系统潮流计算修正方程式:

其中,ΔPa、ΔQa、ΔPt、ΔQt分别为交流系统普通母线和特殊母线的有功、无功不平衡量;Δδa、Δδt、ΔUa、ΔUt分别为交流电压相位角和幅值修正量;ΔDc=[ΔPsil,ΔQsil,ΔPcl,Δdl]T,ΔDd=[ΔPdn,Δdn]T,ΔXc=[ΔUdl,ΔIdl,Δδl,ΔMl]T,ΔXd=[ΔUdn,ΔIdn]T。矩阵中以实线为界,左上角部分为交流网络的雅可比矩阵。

式(13)仅是含直流电源和直流负荷的交直流潮流计算时修正方程组的总体结构形式,而实际计算时需要根据VSC的不同控制方式[10,12]灵活地加以变化。基于VSC的交直流系统中VSC可以选择的控制方式有以下4种:定有功功率Pd及定无功功率Qd控制;定有功功率Pd及定交流母线电压Ut控制;定直流电压Ud及定无功功率Qd控制;定直流电压Ud及定交流母线电压Ut控制。例如,对应定直流电压控制的VSC,则修正方程组中不需包括ΔPsil和ΔUdl项;对应定交流母线电压控制时,则无ΔUt的修正方程。

另外还需注意,在ΔDd、ΔXd中必须忽略与ΔDc、ΔXc中重复的直流电流不平衡方程。

4 算例与分析

如图3所示,对WSCC-9节点系统[16]配以VSC、直流电源和直流负荷,其中VSC1和VSC2分别连接于交流母线7和母线5上,VSC1采用定直流电压(Ud1ref=1.8 p.u.)、定无功功率(Qs71ref=0.1 p.u.)控制;VSC2采用定有功功率(Ps2ref=-0.8 p.u.)、定交流母线电压(Ut5ref=1.02 p.u.)控制。VSC部分的主要电路参数为Rc71=Rc52=0.005 p.u.,Xc71=Xc52=0.12 p.u.;直流网络的电阻RL1=RL3=0.02 p.u.,RL2=0.03 p.u.。光伏电池按Ppv=0.4 p.u.定功率输出,直流负荷Pdc=0.2 p.u.。设直流电压利用率为1。

潮流计算结果如表1—5所示,表中Ud、Id、δ、M、Ps、Qs、Us分别为VSC直流侧电压、VSC的直流侧电流、PWM调制波相角、PWM调制度、交流母线流向VSC的有功功率、交流母线流向VSC的无功功率、交流母线电压,所有电压、电流、功率均为标幺值。从表1中可见,该潮流算法可收敛于各VSC的控制目标。为验证计算结果的正确性,还使用了交替迭代法进行求解,得到了接近的计算结果。本实例中VSC1从交流电网吸收有功功率和无功功率;VSC2向交流电网注入有功功率,由于VSC2中输出电压高于相应的交流母线电压,使得VSC2能向交流电网提供无功功率。

5 结论

可再生能源发电单元的特殊性及轻型交直流输电的优越性,使得直流网络越来越多地融入现代电力系统,成为潮流计算中必须考虑的一部分。本文将VSC和直流网络的相关数学模型嵌入牛顿-拉夫逊潮流迭代算法中,提出了含直流电源和直流负荷的交直流系统潮流的统一迭代求解算法。潮流计算迭代收敛后,可求得交流母线的电压与相位、VSC的控制变量、直流节点电压和支路电流。以修改的WSCC-9节点交直流系统为例验证了本文潮流迭代算法的正确性和有效性。

摘要：考虑轻型高压直流输电技术的特点,提出了基于电压源换流器(VSC)的交直流电力系统统一迭代潮流求解算法,分别从交流网络、电压源换流器和直流网络三部分推导了其相应的牛顿-拉夫逊法潮流计算修正方程式。该算法可以进行包含直流电源和直流负荷的交直流系统潮流计算。修改的WSCC-9节点系统仿真结果验证了所提算法的正确性和有效性。