隨著我國(guó)特高壓交流輸電工程的發(fā)展和特高壓交流電氣設(shè)備國(guó)產(chǎn)化能力的提升,無(wú)論是在特高壓交流輸電技術(shù)的研究上,還是在特高壓交流電氣設(shè)備的絕緣考核上都離不開特高壓交流試驗(yàn)電源。因而展開特高壓交流試驗(yàn)電源的研究具有重大意義,可推動(dòng)我國(guó)特高壓電網(wǎng)的發(fā)展和提高其運(yùn)行的穩(wěn)定性。目前,我國(guó)在特高壓交流試驗(yàn)電源理論、關(guān)鍵技術(shù)和其工程應(yīng)用方面的研究較少。

   本公司以國(guó)家電網(wǎng)公司1000kV級(jí)交流特高壓輸變電工程關(guān)鍵技術(shù)—調(diào)頻式諧振特高壓試驗(yàn)電源(Ultra High Voltage Frequency Tuned Resonant Test Power Supply, UHV-FTRTPS)項(xiàng)目為依托,以調(diào)頻式諧振特高壓試驗(yàn)電源的理論研究和工程應(yīng)用為主線,研究?jī)?nèi)容涵蓋了調(diào)頻式諧振特高壓試驗(yàn)電源的基本工作原理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、主要結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)與制作、控制算法和特高壓交流輸電現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用等方面,形成了一套較為完善的關(guān)于調(diào)頻式諧振特高壓試驗(yàn)電源的理論、關(guān)鍵技術(shù)、裝置研制與應(yīng)用方案。

   在對(duì)調(diào)頻式諧振特高壓試驗(yàn)電源通用結(jié)構(gòu)和基本諧振方式介紹的基礎(chǔ)上,對(duì)本公司提出的基于模擬放大器的UHV-FTRTPS基本原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)闡述,深入研究了該類型特高壓試驗(yàn)電源主要部件的電路及工藝特點(diǎn)、工作原理和關(guān)鍵參數(shù)的選取。并分析了被測(cè)試品容值(即特高壓電氣設(shè)備)的大小、整個(gè)電源重量與負(fù)載容性無(wú)功之間的關(guān)系、特高壓諧振電路品質(zhì)因數(shù)與UHV-FTRTPS輸出電壓信號(hào)頻率上限之間的關(guān)系,從理論上指出UHV-FTRTPS輸出信號(hào)頻率上、下限分別為30和300 Hz較為合適。同時(shí)結(jié)合基于模擬放大器的UHV-FTRTPS電路的特點(diǎn),對(duì)其調(diào)幅、調(diào)頻控制方法進(jìn)行了深入研究。提出的智能調(diào)頻控制算法可以依據(jù)頻率誤差對(duì)頻率進(jìn)行先‘粗調(diào)’后‘細(xì)調(diào)’,精度可達(dá)0.1 Hz。

   提出的模糊優(yōu)非線性PI調(diào)幅控制策略,在大偏差范圍內(nèi)采用模糊控制,以獲得更好的瞬態(tài)性能；在小偏差范圍內(nèi)采用優(yōu)非線性PI控制,以獲得更好的穩(wěn)態(tài)性能及超調(diào)抑制性能。整個(gè)控制算法具有響應(yīng)速度快、魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,各種功率開關(guān)器件不斷面世,借鑒現(xiàn)代電力電子技術(shù),本論文提出一種基于不可控整流-H橋逆變的調(diào)頻式諧振特高壓試驗(yàn)電源,介紹了它的基本工作原理和諧振原理。并對(duì)其大功率H橋逆變器的緩沖電路和輸出濾波器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),從緩沖電路抑制IGBT關(guān)斷過(guò)電壓能力、自身?yè)p耗和器件投資三個(gè)方面出發(fā),建立了緩沖電路優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)；從大功率H橋逆變器輸出濾波器初期投資、輸出濾波器輸出電壓和電流信號(hào)畸變率、輸出濾波器基波壓降幾個(gè)方面出發(fā),建立了輸出濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)；采用模糊優(yōu)化方法來(lái)求解這兩個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)。對(duì)于該類型UHV-FTRTPS的調(diào)幅控制提出了電壓調(diào)節(jié)自調(diào)整PI控制方法、調(diào)頻控制提出了一種新的PI鎖相自動(dòng)調(diào)頻控制方法,不僅具有計(jì)算量小、易于工程應(yīng)用的特點(diǎn),而且還省去了頻率設(shè)定值。為了保證特高壓試驗(yàn)電源整流輸入側(cè)電壓與電流同相位,大程度消除UHV-FTRTPS對(duì)電網(wǎng)的影響,本論文提出基于可控PWM整流-H橋逆變的調(diào)頻式諧振特高壓試驗(yàn)電源結(jié)構(gòu)。

    針對(duì)可控PWM整流電路,提出了電源電壓辨識(shí)的PWM整流器控制策略。針對(duì)逆變器及特高壓諧振電路,提出以特高壓諧振電容電壓有效值為外環(huán),以逆變器輸出濾波器電容瞬時(shí)電流為內(nèi)環(huán)的調(diào)幅、調(diào)頻控制策略,因內(nèi)環(huán)被控量為正弦量,故采用一種多模遞推PID控制算法,能很好地消除周期變化信號(hào)所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差。為了得到特高壓試驗(yàn)電源輸出信號(hào)佳波形,在167-300Hz高頻率段采用同步SPWM調(diào)制,使逆變器輸出濾波器在具有較小體積的情況下,獲得佳載波比N；在30-167Hz低頻率段,采用特定次諧波消除方法在線計(jì)算各開關(guān)角度,消弱低次諧波,利于輸出濾波器濾除高次諧波；同時(shí),還引入虛擬電阻到LCL輸出濾波器中,增強(qiáng)其濾波性能。本論文所研究的幾種不同結(jié)構(gòu)UHV-FTRTPS都擁有一個(gè)共同部分—特高壓無(wú)局放產(chǎn)生電路,包括：中間勵(lì)磁升壓變壓器、高壓諧振電抗器、高壓補(bǔ)償電抗器、高壓測(cè)量諧振電容器和均壓環(huán)。

    從工藝制作和現(xiàn)場(chǎng)需求出發(fā),給出了特高壓無(wú)局放產(chǎn)生電路各個(gè)部件的詳細(xì)參數(shù)和制作過(guò)程,并保證了各個(gè)部件具有很小的局部放電量。同時(shí)對(duì)特高壓無(wú)局放產(chǎn)生電路的各個(gè)部件進(jìn)行了型式試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明各個(gè)部件設(shè)計(jì)合理、符合標(biāo)準(zhǔn)要求。針對(duì)特變電工衡陽(yáng)變壓器廠生產(chǎn)的特高壓變壓器的局部放電試驗(yàn),本論文提出了相應(yīng)的試驗(yàn)方案；還針對(duì)特高壓交流試驗(yàn)示范工程荊門變電站的1100kV等級(jí)GIS裝置的交流耐壓試驗(yàn),本論文也提出了相應(yīng)的試驗(yàn)方案；使用本文研制的基于模擬放大器的大功率UHV-FTRTPS分別對(duì)特高壓變壓器和GIS進(jìn)行了工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),工程試驗(yàn)結(jié)果表明該特高壓試驗(yàn)電源裝置能夠很好地完成特高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)需求；并總結(jié)了基于模擬放大器的UHV-FTRTPS在工程實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題,給出了解決方法。

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