船用高性能单相交流不间断电源装置研制

船用高性能单相交流不间断电源装置研制

冷嘉骥

镇江慧桥电气有限公司  江苏镇江  212000

摘要：为保证全面准确满足船上的各类复杂不同的负载工作特性变化及船上单相交流系统供电的负载,特别是大型船舶不相控整变流桥等对高非线性大电流输送负载的一系列特殊的供电安全技术需求,使船上的220伏单相V型单相交流系统供电安全系统能够具有了足够可靠强韧可靠的高抗大电流过载和大冲击输送载荷的供电输送防护能力,运用当前国际较为先进及适用成熟的数字电力电子与测量和控制网络等系统技术,研制而成的了另一种新型船用高性能单相交流三相不间断应急电源装置,讨论和介绍了其相关技术工作过程的原理,并根据进一步技术研究情况确定提出了关键技术。最后,通过原理样机,验证了除了船用的高性能的单相交流供电系统和单相不间断电源船用电源装置所具有的各种重大系统优越性能。

关键词：船用电源装置；单相交流；电流冲击；不间断电源

一．引言

20世纪后的进入80年代初中期以来,越来越将多种类高性能的现代船用工业计算机平台以及作业自动化的远程视频监控等系统设备得以广泛地运用与集成投入到贯穿整个现代船舶动力、电力监控调度控制及海上船舶电子通信指挥管理调度等多个复杂业务系统环节领域里,大大的系统大幅度地全面提升了改善提升了现代全领域船舶生产作业全程自动化及监控管理水平,同时,这一方面也是对其主机供电电源品质性能要求及运行操作过程可靠性要求也自然地也将随之变得越来越高的高。当系统主带电网产生负荷产生不正常输入负荷变化或供电线路系统发生全系统电源中断停电和电源故障时,输出用电设备就需同时保持连续不间断提供高压可靠供电负荷能力以使能同时保证系统各负载重要供电设备系统能够持续长期稳定高压可靠连续工作,因此,一般传统的单相和交流的不间断电源装置也已明显不能充分满足我国目前实修船舶自动化发展形势的发展需要。

二．关键技术

（一）逆变电路设计

逆变电路优化设计,是提高船用型高性能单相及交流三相不间断地电设备的具有更强大的负荷和冲击载荷能力需求的主要技术理论保障。本文逆变电路主回路的拓扑方式选择为二个由IGBT模块并联构成回路的单相全桥型构成,在控制及输出信号方式选择上均使用了当前全球最领先的设计中的单极性倍频器以及基于SPWM调制回路中的电压、电流和输入的双闭环数/模位的混合脉冲信号进行控制驱动的输出模块,功率元件则将最大的工作及输出电流频率限制都设置在为在二十万千kHz,以能大大地提升控制驱动输出装置的能够承受来自各种负载电流冲击的信号脉冲的有效接收发射能力,降低其输出端的高频噪声,电路原理示意图如左图2图中所示。

图例2中,当电压因受负载的压力而突加而变化速率过大致而导致使冲击负载脉冲输出中的输出电压会迅速地跌落至零时,电流环控制中的保护电路就能够将会有对流冲击过多的大功率IGBT模块上的冲击负载输出的电流脉冲进行瞬时自动的限流,以做到充分的保护功率器件。电压、电流信号采用双相闭环的控制及保护的方式实时测量电压与频率自动的优化PI参数,使得交流不间断电源装置能真正具有能足够极强稳定地连续承受来自各种复杂负载电压及高冲击与大动态电流信号时的运算处理能力。基本功能参数介绍另外,IGBT模块的20 kHz以下的固定开关频率范围也是会使高频输出的高频噪声滤波电路工作也变得是十分地简单,1.2 mH的输出高频噪声滤波电感再加上一个10μF的输出低频噪音滤波电容所共同组成的低频输出高频LC滤波电路,不仅是能够有效使高频噪声输出信号的高频电压波形畸变率的大幅的减小,而且是会能够使低频信号输出时的输出高频噪声波形明显降低很多;全直桥式结构的主电路结构及其拓扑组织形式能够实现迅速的适应当今更复杂先进控制水平需要的直流逆变滤波及控制过电压保护新技术,其系统本身所固有的适应直流或中低高频大容量电流的工作及环境特性,也能同时也为我们未来的交流和不间断电源装置容量设计上的更有效和拓展空间也是提供出了一种无限的便利。

（二）电源切换控制电路设计

电源切换控制电路优化设计,是主要针对船用装备的一种高性能大功率单相及正弦三相交流和三相不间断电源装置中在偶遇非线性负载能量的快速突加变化或突变致使冲击输入回路电流峰值突变量过大以及冲击输入回路电源故障短路过载等复杂恶劣负荷情况时,逆变电路主供电回路与主备电回路供电控制线路之间电源能够独立自动控制完成电源切换工作功能设计的一条有力电源技术和设计工艺保证。本文实验中的电源切换控制电路中主要部分采用到了双向并联可控硅逆变器并与功率继电器两相开关并联独立运行后的电源控制信号切换工作模式,并且我们还新引入使用了动态相位跟踪电路及锁相技术,使逆变相位电路所输出的信号波形能始终与输入设备实际输出信号电波形能基本上是保持到了在同一个相位。其中,双向隔离可控硅断路器主要用来能有效保证实现对逆变电路负载一次供电保护时及与二次备电路负载一次供电时间时的之间电压的快速线性波形切换,功率继电器技术主要则可用于确保实现对负载进行二次供电时保护工作的电气安全以及可靠性,动态波形的跟踪检测及自动锁相技术,则是可以在保证在实现向逆变电源线路负载供电保护及向与一次备电线路一次供电保护时的之间动态电压快速切换及工作时与负载的间态电压波形的保持等基本波形连续,避免二次负载电流受到二次过电压冲击。

变电路供电,原理电路如图3所示。

在某个有较强冲击性额定电流值的输出负载电流受突进性加电影响时,输出的负载的电流值也随之发生下降,经由DSP控制电路经过自动检测处理之后,能够确定该负载电流与输出负载的输出电流的跌落过程中是否为全部正常并立即进行及时自动的恢复工作,能进行立即进行恢复到电源切换控制电路的正常工作则可以暂停不进行恢复到切备电,无法立即进行及时自动恢复到正常的也能够进行立即自动进行恢复到切备电,并采集该负载电流为输出负载的最大输出电流,并在进行输出的负载电流有效值恢复工作之后进行自动切换以恢复切极回电和逆变电流的电源保护系统工作;例如当直流三相母线的全部输入保护电源装置均在正常位置运转状态时,逆变电路直流母线切换恢复由直流单相或交流单相线路全部输入保护供电,同时可自动切换使能切换到蓄电池起动和充电的保护电路,封锁起动和放电的保护电路工作等;同时保证当三相交流负载三相线路两端输入侧的三相电源故障突然启动且遇有直流蓄电池系统有电源欠供压放电情况时,封锁切换到三相充电电路和三相放电短路保护输出电路,同时系统再一次自动切换三相电源再到单相直流备线上的电路正常供电,保证交流三相负载电源设备电源的平稳长期连续可靠正常运行。

三．结论

本文重点探讨针对船上220 V单相交流非线性电源系统负载频率变化后的船用实际使用环境特性,研制或设计成功了国内外另一种新型的船用大功率高性能单相正弦交流三相不间断交流电源装置。重点动态跟踪锁研究项目展示介绍了如何用其实现在单极倍频技术和SPWM调制环境下实现的交流控制电压及控制电流双环数字/数字模拟混合逆变控制、电源切换动态跟踪锁技术相等的一系列国内外先进应用技术。通过公司自行成功研制开发完成生产的220型V/4 kA样机,验证结果表明采用了该型号船用级高性能的单相直流正弦及交流异步正弦不间断电源装置系统能够充分的实现出具有良好且可靠特性的高抗非线性负载电流谐波和冲击电流保护过电压的滤波补偿效果,具有一种极其稳定优良的高效稳定的电力系统输出滤波稳压性能。

参考文献

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