海洋核動(dòng)力平臺(tái)不間斷逆變電源一種高可靠性工作模式

崔 睿，張 力，范譜林，劉宙鋒

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海洋核動(dòng)力平臺(tái)不間斷逆變電源一種高可靠性工作模式

崔 睿，張 力，范譜林，劉宙鋒

（武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，武漢 430064）

本文介紹了一種不間斷逆變電源高可靠性工作模式，具體而言是海洋核動(dòng)力平臺(tái)不間斷逆變電源以受控電流源模式在線并網(wǎng)輸出，一方面作為交流電網(wǎng)的熱備用，另一方面實(shí)現(xiàn)有源電力濾波與無(wú)功補(bǔ)償功能。一旦檢測(cè)到交流電網(wǎng)掉電，逆變電源立刻從電流源模式切換到電壓源模式輸出，保障負(fù)荷的不間斷供電。

不間斷逆變電源 有源電力濾波 無(wú)功補(bǔ)償

0 引言

目前，陸上核電站的核應(yīng)急供電系統(tǒng)中會(huì)使用不間斷逆變電源，這類不間斷逆變電源始終工作在電壓源模式[1]。交流電網(wǎng)不直接向負(fù)荷供電，而是通過(guò)不間斷逆變電源間接向負(fù)荷供電。一方面，由于逆變電源始終處于大功率輸出狀態(tài)，所以損耗較高，電源整個(gè)生命周期之內(nèi)的能耗較高，顯著增加了后期維護(hù)成本。另一方面，由于交流電網(wǎng)的負(fù)荷中含有大量非線性負(fù)荷和感性或容性負(fù)荷，導(dǎo)致電網(wǎng)電流中含有大量諧波電流與無(wú)功電流，需要另外加裝濾波裝置與無(wú)功補(bǔ)償裝置[2]，這樣就顯著增加了設(shè)備數(shù)量、體積、重量與投資成本。

中國(guó)即將新建的海洋核動(dòng)力平臺(tái)是建于浮動(dòng)的船體上，核應(yīng)急供電系統(tǒng)需要很高的可靠性，全船的設(shè)備體積與重量需要盡量小。基于這兩個(gè)需求，在保障高供電可靠性的同時(shí)應(yīng)盡量減少電力設(shè)備的體積與重量。

本文介紹的海洋核動(dòng)力平臺(tái)不間斷逆變電源一種高可靠性工作模式，將不間斷供電、有源濾波、無(wú)功補(bǔ)償三者功能有效的集成于一臺(tái)設(shè)備中，有效的減少了設(shè)備體積與重量。

1 基本原理

圖1為不間斷逆變電源原理框圖。圖2為系統(tǒng)原理框圖。圖中：u為電網(wǎng)電壓，i為電網(wǎng)電流，i為負(fù)荷電流，i為負(fù)荷電流中的諧波分量，i為負(fù)荷電流中的無(wú)功分量，i為逆變器輸出電流。

如圖1所示，逆變電源通過(guò)電流傳感器實(shí)時(shí)采集負(fù)荷電流信號(hào)，經(jīng)電流濾波器后提取出負(fù)荷電流中的諧波分量與無(wú)功分量，逆變電源控制器根據(jù)負(fù)荷電流中的諧波分量與無(wú)功分量控制逆變器的輸出電流，使得逆變器的輸出電流等于負(fù)荷電流中的諧波分量與無(wú)功分量之和，保證電網(wǎng)電流只含有基波有功分量，避免電網(wǎng)受污染[3]。同時(shí)，逆變電源通過(guò)電壓傳感器實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)電壓信號(hào)，逆變電源控制器根據(jù)電網(wǎng)電壓是否異常，控制逆變器工作于電流源模式或是電壓源模式。

如圖2所示，當(dāng)交流電網(wǎng)正常時(shí)，交流電網(wǎng)直接向負(fù)荷供電。當(dāng)負(fù)荷為阻性負(fù)荷時(shí)，負(fù)荷電流中不含諧波分量與無(wú)功分量。這時(shí)，逆變電源工作于恒流源模式，以小電流源的形式與電網(wǎng)并聯(lián)，作為交流電網(wǎng)的熱備份。當(dāng)負(fù)荷中含有大量感性或容性負(fù)荷時(shí)，逆變電源首先從負(fù)荷電流中提取無(wú)功分量，再控制逆變器輸出電流與負(fù)荷電流中的無(wú)功分量相等，使得負(fù)荷電流中的無(wú)功分量全部由逆變電源提供。這時(shí)，逆變電源工作于受控電源流模式，保證電網(wǎng)電流中只含有有功分量。當(dāng)負(fù)荷中含有大量非線性負(fù)荷時(shí)，逆變電源首先從負(fù)荷電流中提取諧波分量，再控制逆變器輸出電流與負(fù)荷電流中的諧波分量相等，使得負(fù)荷電流中的諧波分量全部由逆變電源提供。這時(shí)，逆變電源工作于受控電源流模式，保證電網(wǎng)電流中只含有基波分量。當(dāng)負(fù)荷中含有大量感性或容性負(fù)荷，同時(shí)包含大量非線性負(fù)荷時(shí)，逆變電源首先從負(fù)荷電流中提取基波無(wú)功分量與諧波分量，再控制逆變器輸出電流，使之與負(fù)荷電流中的基波無(wú)功分量與諧波分量之和相等，使得負(fù)荷電流中的無(wú)功分量與諧波分量全部由逆變電源提供。這時(shí)，逆變電源工作于受控電源流模式，保證電網(wǎng)電流中只含有基波有功分量。當(dāng)逆變電源一旦檢測(cè)到交流電網(wǎng)掉電，立刻從電流源模式切換到電壓源模式輸出，保障負(fù)荷的不間斷供電。

2 應(yīng)用方式

本工作模式應(yīng)用方式如下：當(dāng)交流電網(wǎng)正常時(shí)，交流電網(wǎng)直接向負(fù)荷供電。當(dāng)負(fù)荷為阻性負(fù)荷時(shí)，逆變電源工作于恒流源模式，以小電流源的形式與電網(wǎng)并聯(lián)，作為交流電網(wǎng)的熱備份。

當(dāng)負(fù)荷中含有大量感性或容性負(fù)荷時(shí)，逆變電源作為靜止同步補(bǔ)償裝置，工作于受控電源流模式，保證電網(wǎng)電流中只含有有功分量。當(dāng)負(fù)荷中含有大量非線性負(fù)荷時(shí)，逆變電源作為有源電力濾波裝置，工作于受控電源流模式，保證電網(wǎng)電流中只含有基波分量。當(dāng)負(fù)荷中含有大量感性或容性負(fù)荷，同時(shí)也包含大量非線性負(fù)荷時(shí)，逆變電源同時(shí)實(shí)現(xiàn)靜止同步補(bǔ)償裝置與有源電力濾波裝置的功能，保證電網(wǎng)電流中只含有基波有功分量。當(dāng)逆變電源一旦檢測(cè)到交流電網(wǎng)掉電，立刻從電流源模式切換到電壓源模式輸出，保障負(fù)荷的不間斷供電。

3 結(jié)論

本文將不間斷逆變電源、有源電力濾波裝置與靜止同步補(bǔ)償裝置合三為一，共用一套電力變換器設(shè)備，不僅保障了負(fù)荷不間斷供電，同時(shí)改善了電能質(zhì)量，提高了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少了電力設(shè)備數(shù)量、體積與重量，降低了投資成本。

[1] 國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì). EJ/T 1134―2001壓水堆核電廠廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[P].

[2] 陳堅(jiān)．電力電子學(xué)—電力電子變換和控制技術(shù)[M]．北京：高等教育出版社, 2004.

[3] 姜齊榮，趙東元，陳建業(yè)．有源電力濾波器：結(jié)構(gòu)·原理·控制[M]．北京：科學(xué)出版社, 2005.

A High Reliable Operating Mode of Uninterrupted Inverter Power Supply at Offshore Nuclear Power Platform

Cui Rui, Zhang Li, Fan Pulin, Liu Zhoufeng

（Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430064, China）

TN862

A

1003-4862（2017）11-0006-02

2017-08-15

崔睿(1989-)，男，工程師。研究方向：電力電子技術(shù)。