电力工程直流操作电源系统的原理、设计与设备选择btfu.docx

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1、电力工程直流操作电源系统的原理、设计与设备选择 许继电源电力工程程直流操操作电源源系统的的原理、设设计与设设备选择择许继电源源有限公公司20055年8月月201. 直流操作作电源的的历史与与发展发电厂和和变电站站中，为为控制、信信号、保保护和自自动装置置（统称称为控制制负荷），以以及断路路器电磁磁合闸、直直流电动动机、交交流不停停电电源源、事故故照明（统统称为动动力负荷荷）等供供电的直直流电源源系统，通通称为直直流操作作电源。1.1 直流操作作电源的的历史根据构成成方式的的不同，在在发电厂厂和变电电站中应应用的有有以下几几种直流流操作电电源：1） 电容储能能式直流流操作电电源：是是一种用用交流

2、厂厂（站）用用电源经经隔离整整流后，取取得直流流电为控控制负荷荷供电的的电源系系统。正正常运行行时，它它给与保保护电源源并接的的足够大大容量的的电容器器组充电电，使其其处于荷荷电状态态；当电电站发生生事故时时，电容容器组继继续向继继电保护护装置和和断路器器跳闸回回路供电电，保证证继电保保护装置置可靠动动作，断断路器可可靠跳闸闸。这是是一种简简易的直直流操作作电源，一一般只是是在规模模小、不不很重要要的电站站使用。2） 复式整流流式直流流操作电电源：是是一种用用交流厂厂（站）用用电源、电电压互感感器和电电流互感感器经整整流后，取取得直流流电为控控制负荷荷供电的的电源系系统，在在其设计计上，要要在

3、各种种故障情情况下都都能保证证继电保保护装置置可靠动动作、断断路器可可靠跳闸闸。这也也是一种种简易的的直流操操作电源源，一般般只是在在规模小小、不很很重要的的电站使使用。3） 蓄电池组组直流操操作电源源：由蓄蓄电池组组和充电电装置构构成。正正常运行行时，由由充电装装置为控控制负荷荷供电，同同时给蓄蓄电池组组充电，使使其处于于满容量量荷电状状态；当当电站发发生事故故时，由由蓄电池池组继续续向直流流控制和和动力负负荷供电电。这是是一种在在各种正正常和事事故情况况下都能能保证可可靠供电电的电源源系统，广广泛应用用于各种种类型的的发电厂厂和变电电站中。以上电容容储能式式和复式式整流式式直流操操作电源源

4、系统，在在六、七七十年代代有较多多的应用用，八十十年代以以后，由由于小型型镉镍碱碱性蓄电电池和阀阀控式铅铅酸蓄电电池的应应用，这这种操作作电源在在发电厂厂和变电电站中已已不再采采用。而而蓄电池池组直流流操作电电源系统统，其应应用历史史悠久，且且极为广广泛。现现代意义义上的直直流操作作电源系系统就是是这种由由蓄电池池组和充充电装置置构成的的直流不不停电电电源系统统，通常常简称为为直流操操作电源源系统或或直流系系统。1.2 直流操作作电源的的设计技技术发展展在19555年以以前，国国内发电电厂和变变电站的的建设规规模较小小，其直直流操作作电源系系统大多多采用1110VV、单母母线和不不带端电电池的

5、蓄蓄电池组组（以前直直流装置置得蓄电电池分为为两组，一一组是基基本级，供供正常负负荷时用用，一组组为端电电池，供供事故时时调节直直流母线线电压用用的，比比如基本本电池用用得过多多，造成成直流母母线的电电压下降降过多时时，通过过调节装装置将端端电池投投上去，维维持直流流母线的的电压水水平。现现在DDL/TT 50044-20004 电电力工程程直流系系统设计计技术规规程中中：4.1直流流电源中规规定： 4.1.66 铅酸酸蓄电池池组不宜宜设置端端电池（没没有端电电池就是是无端电电池了）；镉镍碱碱性蓄电电池组宜宜减少端端电池得得个数）。19956年年以后，发发电厂和和变电站站的建设设规模增增大。这

6、这是引进进了当时时苏联的的设计技技术，在在所有新新建和扩扩建的发发电厂和和变电站站中，都都采用了了2200V、带带端电池池的蓄电电池组，并并根据工工程规模模的大小小，采用用单母线线或双母母线接线线。这个个时间的的设计，是是充分利利用了蓄蓄电池的的容量和和具有较较小的电电压波动动范围，但但代价是是采用了了较复杂杂的接线线。19844年以后后，随着着欧美设设计技术术的引进进，以及及发电厂厂和变电电站建设设规模的的不断增增大，在在直流操操作电源源系统的的设计上上，又开开始普遍遍采用单单母线接接线和不不带端电电池的蓄蓄电池组组，对于于控制负负荷则推推行采用用1100V电压压，而动动力负荷荷则采用用22

7、00V电压压。这一一期间设设计的主主导思想想，则是是以适当当加大蓄蓄电池的的容量，允允许电压压有较大大的波动动范围为为代价，达达到简化化接线、提提高可靠靠性的目目的。六十年代代以前，国国内设计计的发电电厂采用用主控制制室方式式。在容容量较小小的发电电厂中，装装设一组组蓄电池池组构成成的直流流操作电电源系统统；在较较大容量量的发电电厂中，则则装设由由两组蓄蓄电池构构成的直直流操作作系统；其接线线采用单单母线或或双母线线，但对对于容量量较大的的发电厂厂，则广广泛采用用双母线线接线。七十年代代以后，单单元制发发电厂随随着机组组容量的的增大而而普及。在在单元制制发电厂厂中，直直流操作作电源系系统按单单

8、元配置置。七十十年代到到八十年年代初期期，一般般是一个个单元配配置一套套由一组组蓄电池池组构成成的控制制、动力力混合供供电的2220VV操作电电源。从从八十年年代后期期开始，对对于30006600MMW大机机组电厂厂，则每每一单元元配置两两套直流流操作电电源：一一套2220V由由一组蓄蓄电池组组构成，专专供动力力负荷；另一套套1100V由两两组蓄电电池组构构成，专专供控制制负荷。同同时，在在一些辅辅助车间间，如水水泵房、输输煤控制制楼等处处，开始始应用由由小容量量的蓄电电池组构构成的操操作电源源系统。对于2220KVV及以下下电压等等级的变变电站，一一般装设设由一组组蓄电池池组构成成的直流流操

9、作电电源；对对于容量量较大和和5000KV以以上的大大型变电电站，则则装设由由两组蓄蓄电池组组构成的的直流操操作电源源；对于于2200KV的的变电站站，20002年年国家电电力公司司要求全全部装设设两组蓄蓄电池组组。这一发展展过程表表明，随随着大机机组、超超高压工工程的发发展，人人们更加加关注的的是直流流操作电电源的可可靠性，并并为此提提高适当当提高电电池组的的容量和和增加数数量，普普遍采用用单母线线接线方方式，提提高了工工程造价价。1.3 直流操作作电源的的设备技技术发展展在直流操操作电源源系统中中，主要要的设备备有蓄电电池组、充充电装置置、绝缘缘监测装装置以及及控制保保护等设设备。随随着制

10、造造技术的的发展，几几十年来来也发生生了很大大的变化化。蓄电池组组型式，在在七十年年代以前前发电厂厂和变电电站中应应用的都都是开启启式铅酸酸蓄电池池，使用用的容量量逐渐增增加，单单组额定定容量达达到了11400016600AAh。七七十年代代以后，开开始应用用半封闭闭的固定定防酸式式铅酸蓄蓄电池，并并逐步得得到普遍遍采用。到到八十年年代中期期以后，镉镍碱性蓄电池以其放电倍率高、耐过充和过放的优点，开始在变电站中得到应用，但由于价格较高，一般使用的都是额定容量在100Ah以内的，限制了其应用的范围。九十年代发展起来的阀控式铅酸蓄电池，以其全密封、少维护、不污染环境、可靠性较高、安装方便等一系列的

11、优点，在九十年代中期以后等到普遍的采用。回顾蓄电电池的变变化可知知，蓄电电池在向向维护工工作量小小、无污污染、安安装方便便、可靠靠性提高高的方向向发展。虽虽然提高高蓄电池池的寿命命是一重重要课题题，但在在提高寿寿命方面面国内的的技术进进展不大大，一般般的阀控控式铅酸酸蓄电池池在510年年之间，低低的只有有355年；目目前国外外的技术术一般可可以做到到1015年年，高的的达到118220年。而而且，国国内市场场的恶性性竞争环环境，使使许多蓄蓄电池制制造厂不不愿在设设计寿命命上投资资，提高高制造成成本。需需要说明明是，蓄蓄电池的的使用寿寿命，在在很大程程度上要要依靠正正确的运运行和维维护。对于充电

12、电装置，在在七十年年代以前前，主要要是用电电动直流流发电机机组作充充电器；七十年年代开始始应用整整流装置置，并逐逐渐取代代了电动动发电机机组，得得到普遍遍的应用用。八十年代代以前，考考虑到经经济性和和运行的的稳定性性，对充充电和浮浮充电整整流装置置采用不不同的容容量设计计。19984年年以后，对对充电和和浮充电电整流装装置开始始采用相相同的容容量设计计，使之之更有利利于互为为备用，并并且这种种作法被被普遍接接受。充充电装置置的配置置方式是是：一组组蓄电池池的直流流操作电电源系统统配置两两组充电电装置，两两组蓄电电池的直直流操作作电源系系统配置置三组充充电装置置。19995年年以后，随随着高频频

13、开关型型整流装装置的普普及，考考虑到整整流模块块的N+1(2)冗余配配置和较较短的修修复时间间，大量量采用一一组蓄电电池配置置一组充充电装置置的方式式。（核核电的配配置方式式不一样样）作为充电电器的整整流装置置，多年年来在不不断的发发展改进进，七十十年代是是分立元元件控制制的晶闸闸管整流流装置，可可靠性和和稳定性性较差，技技术指标标偏低。八八十年代代发展为为集成电电路控制制的晶闸闸管整流流装置，可可靠性和和稳定性性以及技技术指标标得到较较大的提提高，这这一时期期的晶闸闸管整流流控制技技术也日日臻成熟熟，并具具备简单单的充电电、浮充充电和均均衡充电电自动转转换控制制功能。进进入九十十年代以以后，

14、随随着微机机控制技技术的普普及，集集成电路路控制型型晶闸管管整流装装置逐渐渐被微机机控制型型晶闸管管整流装装置取代代，使整整流装置置的稳流流和稳压压调节精精度得到到较大的的提高，并并且自动动化水平平的提高高可以实实现电源源的“四遥”，为实实现无人人值班创创造了条条件。119966年以后后，随着着高电压压、大功功率开关关器件和和高频变变换控制制技术的的成熟，高高频开关关整流装装置以其其模块化化结构、NN+1(2)并联冗冗余配置置、维护护简单快快捷、技技术指标标和自动动化程度度高的优优点，得得到迅速速的推广广和普及及。目前前，这种种高频开开关型整整流装置置已成为为市场的的主角，未未来几年年不会有有

15、新的整整流装置置替代。绝缘监测测装置是是直流操操作电源源系统不不可缺少少的组成成部分，用用于在线线监测直直流系统统的正负负极对地地的绝缘缘水平。在在八十年年代以前前，一直直是采用用苏联技技术设计计的、以以电桥切切换原理理构成的的绝缘检检查装置置，用继继电器、电电压表和和切换开开关构成成，具有有发现接接地故障障、测量量直流正正负极对对地绝缘缘电阻和和确定接接地极的的功能。八八十年代代，在此此原理技技术上，国国内制造造了用集集成电路路构成的的绝缘监监测装置置，并把把母线电电压监视视功能与与之合并并在一起起，提高高了装置置的灵敏敏度和易易操作性性。上述述的绝缘缘监测装装置，在在直流系系统发生生接地故

16、故障时，只只能确定定哪一极极接地，而而不能确确定哪一一条供电电支路接接地，在在运行维维护中查查找接地地点非常常麻烦，并并且存在在监测死死区。针针对这种种情况，国国内在九九十年代代以后，采采用微机机控制技技术，开开发制造造了具有有支路巡巡检功能能的绝缘缘监测装装置。其其不但能能够准确确的测量量直流系系统正负负极的接接地电阻阻，同时时还可以以确定接接地支路路的位置置。当前前这种具具有支路路巡检功功能绝缘缘监测装装置得到到普遍的的应用，技技术的发发展围绕绕支路巡巡检功能能展开，早早期全部部采用低低频叠加加原理，目目前以直直流漏电电流原理理为主，两两种原理理各有优优缺点。蓄电池组组、充电电装置和和直流

17、馈馈电回路路，多年年来一直直用熔断断器作短短路保护护，用隔隔离开关关作回路路操作，直直到现在在仍在普普遍使用用。进入入九十年年代以来来，随着着技术的的发展，这这些老式式的保护护和操作作设备逐逐渐被具具有高分分断能力力和防护护等级的的新型设设备替代代。到119966年以后后，开始始用带热热磁脱扣扣器的直直流自动动空气开开关，兼兼作保护护和操作作设备，为为直流屏屏的小型型化设计计创造了了条件。目目前，这这种直流流专用空空气开关关在直流流系统中中已普遍遍的应用用，并开开发出具具有三段段式选择择性保护护功能的的直流空空气开关关产品。2. 高频开关关直流操操作电源源系统的的构成和和原理2.1 直流系统统

18、的构成成高频开关关直流操操作电源源系统是是由交流流配电单单元、高高频开关关整流模模块、蓄蓄电池组组、硅堆堆降压单单元、电电池巡检检装置、绝绝缘监测测装置、充充电监控控单元、配配电监控控单元和和集中监监控模块块等部分分组成。其其系统原原理接线线图如图图2-11所示。图2-11 高频频开关直直流操作作电源系系统原理理接线图图2.2 直流系统统的工作作原理1） 交流正常常工作状状态：系统的交交流输入入正常供供电时，通通过交流流配电单单元给各各个整流流模块供供电。高高频整流流模块将将交流电电变换为为直流电电，经保保护电器器(熔断器器或断路路器)输出，一一面给蓄蓄电池组组充电，一一面经直直流配电电馈电单

19、单元给直直流负载载提供正正常工作作电源。硅堆降压压单元：根据蓄蓄电池组组输出电电压的变变化自动动调节串串入降压压硅堆（串串连二极极管）的的数量，使使直流控控制母线线的电压压稳定在在规定的的范围内内。当提提高蓄电电池组的的容量，减减少单体体串连的的个数时时，可以以取消硅硅堆降压压单元，达达到简化化系统接接线、提提高可靠靠性的目目的。绝缘监测测装置：实时在在线监测测直流母母线的正正负极对对地的绝绝缘水平平，当接接地电阻阻下降到到设定的的告警电电阻值时时，发出出接地告告警信号号。对于于带支路路巡检功功能的绝绝缘监测测装置，还还可以确确定接地地故障点点是发生生在哪一一条馈电电回路中中。电池巡检检装置：

20、实时在在线监测测蓄电池池组的单单体电压压，当单单体电池池的电压压超过设设定的告告警电压压值时，发发出单体体电压异异常信号号。该装装置为电电站的运运行维护护人员随随时了解解蓄电池池组的运运行状况况提供了了方便，但但对于每每个用户户来说并并不是必必需的。充电监控控单元：接受集集中监控控模块的的控制指指令，调调节整流流模块的的输出电电压实现现对蓄电电池组的的恒压限限流充电电和均浮浮充自动动转换，同同时上传传整流模模块的故故障信号号。当集集中监控控模块故故障退去去的情况况下，该该模块仍仍能按预预先设定定的浮充充电压值值继续对对蓄电池池组充电电。配电监控控单元：采集系系统中交交流配电电、整流流装置、蓄蓄

21、电池组组、直流流母线和和馈电回回路的电电压、电电流运行行参数，以以及状态态和告警警接点信信号，上上传到集集中监控控模块进进行运行行参数显显示和信信号处理理。集中监控控模块：采用集集散方式式对系统统进行监监测和控控制。整整流模块块、蓄电电池组、交交直流配配电单元元的运行行参数分分别由充充电监控控电路和和配电监监控电路路采集处处理，然然后通过过RS4485通通信口把把处理后后的信息息上传给给监控模模块，由由监控模模块统一一处理后后显示在在液晶屏屏幕上。同同时监控控模块可可通过人人机对话话操作方方式对系系统进行行运行参参数的设设置和运运行状态态的控制制，还可可以通过过RS4485或或RS2232通通

22、信口接接入电站站监控系系统，实实现对电电源系统统的远程程监控。另另外，监监控模块块通过对对采集数数据的分分析和判判断，能能自动完完成对蓄蓄电池组组充电的的均浮充充转换和和温度补补偿控制制，以保保证电池池的正常常充电，最最大限度度地延长长电池的的使用寿寿命。2） 交流失电电工作状状态：系统交流流输入故故障停电电时，整整流模块块停止工工作，由由蓄电池池不间断断地给直直流负载载供电。监监控模块块时实监监测蓄电电池的放放电电压压和电流流，当蓄蓄电池放放电到设设置的终终止电压压时，监监控模块块告警。同同时监控控模块时时刻显示示、处理理配电监监控电路路上传的的数据。3） 系统工作作能量流流向：系统工作作时

23、的能能量流向向如图22-2所所示。图2-22 系统统工作能能量流向向图2.3 整流模块块的工作作原理高频开关关整流模模块的原原理框图图如图22-3所所示：图2-33 整流流模块原原理框图图2.3.1 主回路电电路高频开关关整流模模块的主主回路电电路包括括EMII滤波、全全桥整流流、无源源PFCC、高频频逆变、隔隔离变压压器、高高频整流流和LCC滤波，各各部分的的主要功功能如下下：1） 输入EMMI滤波波：滤除除交流电电网中其其他设备备产生的的尖峰电电压干扰扰分量，给给模块提提供干净净的交流流输入电电源；阻阻断整流流模块产产生的高高频干扰扰反向传传输污染染电网。2） 交流全桥桥整流：利用三三相整

24、流流桥直接接将交流流输入电电压变换换为脉动动直流电电。3） 无源PFFC校正正：采用用无源的的LC器器件，将将全桥整整流所得得的3000Hzz脉动直直流电转转换成平平滑的直直流电，在在串连电电抗器的的电感量量足够大大的情况况下，能能起到很很好的无无源功率率因数校校正的作作用，使使交流输输入功率率因数接接近0.95。4） 高频逆变变：采用用MOSSFETT或IGGBT开开关器件件，将输输入直流流电变换换为脉冲冲宽度可可调的高高频交流流脉冲波波。5） 高频变压压器：将将高频交交流脉冲冲波隔离离、耦合合输出，实实现交流流输入与与直流输输出的电电气隔离离和功率率传输。由由于采用用了高频频交流脉脉冲传输

25、输技术，因因此变压压器的体体积较小小、重量量较轻。6） 输出高频频整流：采用快快恢复二二极管，将将高频交交流脉冲冲波变换换为高频频脉动直直流电。7） 输出LCC滤波：采用无无源的LLC器件件，将整整流所得得的高频频脉动直直流电转转换成平平滑的直直流电输输出。2.3.2 反馈调节节电路高频开关关整流模模块中的的反馈调调节电路路采用直直流输出出电压和和电流反反馈的PPID调调节，达达到高精精度的稳稳压和稳稳流输出出目的。其其控制调调节过程程如下：高频逆变变采用全全桥串联联谐振软软开关技技术，其其控制方方式为“逐周波波峰值电电流检测测模式”。直流流输出的的电压、电电流反馈馈信号与与给定的的电压、电电

26、流值进进行PIID运算算、调节节，输出出误差放放大信号号，该信信号与PPWM控控制芯片片产生的的振荡三三角波进进行比较较，实现现驱动高高频逆变变电路开开关管导导通的控控制脉冲冲的宽度度可调，达达到稳定定输出电电压、电电流的目目的。2.3.3 脉宽调制制（PWWM）控控制PWM（Pulse Width Modulation）控制是高频开关电源普遍采用一种技术，由控制电路产生的控制脉冲驱动高频逆变电路中的开关管周期导通，将直流电变换成宽度可调的高频方波，再经整流平滑为直流电输出。控制开关功率器件的开关频率恒定不变，通过调节每个周期内驱动开关器件导通的控制脉冲的有效宽度，达到调节直流输出电压、电流的

27、目的。其波形变换过程如图2-4所示。图2-44 整流流模块波波形变换换图在PWMM变换技技术中：Uo = DD * Ui,其中： DD = Tonn / Ts = Toon / ( Tonn + Tofff )D：占空空比；TTs：开开关管工工作周期期；Toon：开开关管导导通时间间；Tooff：开关管管关断时时间。2.3.4 软开关技技术对于高频频整流模模块，发发展方向向为高功功率密度度、高效效率、小小体积、高高可靠性性，同时时要有很很好的EEMC措措施。这这就要求求整流模模块要工工作在很很高的频频率，同同时减小小开关状状态时的的损耗和和开关噪噪声。因因此软开开关技术术成了高高频整流流模块领

28、领域所研研究的主主要方向向之一。我们所用用的半导导体开关关功率器器件，并并不是理理想的开开关器件件。在开开关的过过程中，半半导体开开关器件件会呈现现变阻抗抗的特性性，同时时开通和和关断状状态的转转化时是是有持续续的时间间存在（如如图2-5中的的硬开关关模式波波形）。因因此开关关器件在在状态转转化时， 存在着着电压和和电流的的重叠区区，即开开关损耗耗；同时时存在电电压和电电流的振振荡过程程，产生生大量的的EMII噪声。软开关技技术所采采用的方方法一般般是在半半导体开开关器件件的两端端通过辅辅助串联联谐振或或并联谐谐振回路路使半导导体开关关器件在在开关状状态转换换前，电电压或电电流谐振振到零，再再

29、进行开开关的转转换过程程。从而而实现半半导体开开关器件件在开关关转换过过程中，没没有电压压或电流流的振荡荡过程，几几乎没有有电压和和电流的的有效重重叠（如如图2-5中的的软开关关模式波波形），很很大程度度上减少少了开关关损耗和和EMII噪声。典型的软软开关技技术有零零电压开开关技术术ZVSS（Zeroo Volttagee Swittchiing：在开关关管承受受电压为为零时控控制开关关管导通通）和零电电流开关关技术ZZCS（Zero Current Switching：在流过开关管的电流为零时控制开关管关断）。许继电源公司生产的ZZG10系列整流模块采用是这两种技术的结合。硬开关模模式：通通

30、态损耗耗小固定定频率控控制 开关损损耗大EEMI噪噪声大软开关模模式：通通态损耗耗小固定定频率控控制 开关关损耗小小EMII噪声小小图2-66 软开开关模式式与硬开开关模式式的比较较2.3.5 并机均流流技术采用“低低压差无无主自动动均流技技术”，实现现多模块块并机的的输出电电流自动动平均分分担。其其工作原原理是每每个模块块内部都都有输出出电流采采样电路路，该电电路以相相同的比比例放大大倍数，将将输出电电流的采采样信号号转化为为成比例例的采样样电压。多多模块并并机时，各各模块的的输出电电流采样样电压通通过并机机均流总总线CSS连接在在一起，进进行比较较后取并并联模块块的最大大的采样样电压作作为

31、并机机均流总总线的基基准电压压Vbuus。基基准电压压Vbuus所对对应的模模块自然然就是最最大输出出电流模模块，我我们称之之为主模模块，其其他模块块为从模模块。每每个模块块（包括括主模块块和从模模块）将将自己的的电流采采样电压压与基准准电压VVbuss比较，产产生的误误差放大大信号调调节其脉脉冲宽度度改变模模块的输输出电压压，使每每个模块块的输出出电流采采样电压压趋向于于相等，从从而达到到均流输输出的目目的。这种均流流技术的的优点体体现在两两个方面面：第一一、均流流不平衡衡度小，不不超过3。第二二、主模模块是通通过比较较任意产产生的，当当主模块块由于某某种原因因退出工工作后，系系统将自自动选

32、择择一个输输出电流流最大的的模块作作为主模模块，并并自动重重新调整整输出电电流，达达到新的的平衡。这这样可以以避免当当主模块块出现故故障时造造成系统统崩溃。图2-66 整流流模块并并机均流流原理框框图2.3.6 软启动技技术软启动技技术是为为了限制制电路中中出现过过大的电电压/电电流冲击击造成模模块内部部元器件件的损坏坏或对其其它受电电设备造造成不良良的影响响，而采采取的一一种限制制模块内内电压变变化率和和电流变变化率的的技术。在在高频开开关整流流模块中中，常见见的软启启动有输输入软启启动和输输出软启启动之分分。1） 输入软启启动：在在高频开开关整流流模块的的输入整整流滤波波电路中中，含有有大

33、容量量的滤波波电容，上上电启动动时会产产生很大大的冲击击电流，容容易造成成输入部部件（主主要是输输入整流流桥）的的损坏和和严重的的电网干干扰。为为避免这这些问题题的发生生，可采采取在主主回路的的滤波电电容前串串入一个个和继电电器触点点并联的的限流电电阻电路路，在上上电的初初始阶段段继电器器触点断断开，经经过限流流电阻给给滤波电电容充电电直至接接近到满满电压值值后，再再控制继继电器触触点闭合合，把限限流电阻阻短接旁旁路，完完成启动动输入主主回路过过程。2） 输出软启启动：整整流模块块在上电电初期由由于反馈馈电压还还没有建建立起来来时，PPID调调节环为为开环状状态，如如果不采采取措施施，输出出的

34、控制制信号为为最大值值，输出出的有效效脉宽为为1000%。此此时输入入侧的浪浪涌电流流很大，同同时在输输出侧产产生很高高的冲击击电压。解解决的方方法是在在控制电电路中，加加入软启启电路，软软启电路路的输出出信号与与反馈信信号“线与”后作为为产生PPWM脉脉冲的控控制信号号（低电电压信号号起控制制作用）。模模块上电电开机后后，软启启控制信信号从零零开始按按一定的的斜率上上升，而而反馈控控制信号号则从开开机时的的开环最最大值，逐逐渐随电电压反馈馈信号的的上升而而下降。在在模块启启动的开开始阶段段，软启启控制信信号先起起作用，使使输出的的PWMM驱动脉脉冲的脉脉宽从零零缓慢展展开，输输出电压压缓慢升

35、升高，电电压反馈馈信号也也缓慢升升高，而而反馈控控制信号号缓慢下下降；当当反馈控控制信号号低于软软启控制制信号后后，软启启过程完完成，反反馈控制制信号起起作用，进进入正常常的闭环环调节状状态，达达到输出出电压的的稳定。2.3.7 输出限流流和短路路保护高频开关关整流模模块一般般具有直直流输出出限流和和短路保保护的功功能：输出限流流保护：通过采采样直流流输出电电流值，把把其同设设定的最最大输出出电流值值（即限限流值）进进行比较较。当模模块的输输出电流流达到设设定的限限流值时时，由电电流反馈馈控制环环电路控控制整流流模块进进入限流流工作状状态。输出短路路保护：采用逐逐周波峰峰值电流流检测的的模式，

36、检检测主回回路开关关器件的的各个周周期的电电流值，使使其参与与控制环环的调节节，实行行逐周波波限流，实实现短路路保护。2.3.8 工作频率率的选择择整流模块块的工作作频率ffs是指指模块主主回路开开关器件件的开关关频率，也也就是前前面谈到到的开关关管工作作周期TTs的倒倒数，即即fs=1/TTs，它它与主开开关回路路逆变输输出（高高频变压压器原边边）的脉脉冲电压压波频率率相等，是是高频变变压器二二次整流流脉冲电电压波频频率的一一半。提高开关关频率，可可以减小小感性器器件的体体积，使使整流模模块的体体积更小小、功率率密度更更大，也也可在一一定程度度上提高高输出稳稳定精度度。但在在开关频频率提高高

37、的同时时，开关关损耗会会增大、效效率可能能降低；同时脉脉冲间“竞争冒冒险”的可能能性加大大，这在在一定程程度上会会降低模模块的可可靠性，所所以开关关频率的的选择并并不是越越高越好好。许继电源源公司生生产的ZZZG110系列列高频开开关整流流器在综综合考虑虑各项指指标后，将将ZZGG12系系列模块块的开关关频率选选定在550K，ZZZG113系列列模块的的开关频频率选定定在255K。图2-77 整流流模块工工作波形形图图中：VGS-功率开开关管工工作波形形；VP-高频变变压器原原边脉冲冲电压波波形；VS-高频变变压器副副边全波波整流脉脉冲电压压波形。2.4 硅堆降压压装置的的工作原原理对于阀控控

38、式铅酸酸蓄电池池组的个个数选择择大于1104只只(1100V系统统大于552只)的直流流系统，由由于在对对蓄电池池进行均均衡充电电时，与与蓄电池池组并联联的直流流母线电电压超出出控制直直流负荷荷电压不不大于10的要求求，因此此需要这这样一个个降压装装置把直直流母线线的电压压调节到到控制直直流负荷荷要求的的范围内内。硅堆堆降压就就是这种种调压装装置，它它可自动动或手动动调节母母线电压压，从而而使控制制直流母母线的电电压稳定定在规定定的范围围内。硅堆降压压单元的的原理框框图如图图2-88所示。图2-88 硅堆堆降压单单元原理理框图所谓的降降压硅堆堆是由多多个大功功率硅整整流二极极管串联联而成的的，

39、利用用硅二极极管PNN结相对对稳定的的正向压压降来作作为调节节电压，通通过改变变串入线线路中二二极管的的数量来来获得适适当的电电压降，达达到调节节母线电电压的目目的。采采用硅二二极管降降压的优优点是：大功率率硅二极极管的过过载能力力强、能能短时耐耐受近220倍的的冲击电电流。可可避免采采用DCC-DCC变换器器调压方方式在输输出过载载或短路路时，由由于输出出限流不不能可靠靠地分断断故障回回路的保保护电器器，造成成输出电电压严重重下降的的事故。如图所示示，根据据具体工工程情况况可将降降压硅堆堆分为224节节串联，在在每节硅硅堆的两两端并接接控制继继电器的的常闭触触点，如如果控制制继电器器动作，其

40、其常闭触触点断开开，使该该节硅堆堆串入线线路中降降压，直直流输出出电压降降低；反反过来，如如果控制制继电器器的常闭闭触点闭闭合，使使该节硅硅堆被短短接旁路路，直流流输出电电压升高高。调压控制制电路通通过检测测蓄电池池组输出出或动力力母线的的电压，与与设定的的各级继继电器的的动作电电压比较较，放大大后来驱驱动适当当的继电电器动作作，使控控制直流流母线的的电压保保持在一一定的范范围内；在自动动控制电电路故障障的时，还还可以通通过手动动调节开开关实现现控制母母线电压压的手动动调节。硅堆监视视电路与与各级降降压硅堆堆相并联联，如果果串入线线路中的的某个二二极管出出现PNN结开路路的情况况，监视视电路将

41、将自动使使该PNN结所在在的这一一节硅堆堆并联的的继电器器器闭锁锁，其常常闭触点点闭合，使使得该节节硅堆被被短接旁旁路，实实现控制制母线不不间断供供电。在降压硅硅堆回路路串联有有隔离开开关QSS1，同同时并联联有旁路路开关QQS2，实实现在对对降压硅硅堆或控控制电路路维护时时控制母母线不间间断供电电。2.5 绝缘监测测装置的的工作原原理发电厂和和变电站站内的直直流操作作电源系系统，其其直流供供电网络络分布到到电站的的各个一一次和二二次设备备处，支支路纵横横交错，发发生接地地的概率率很高。直直流系统统是正负负极对浮浮空的，当当系统出出现一点点接地（正正负极直直接接地地或对地地绝缘降降低）时时，虽

42、能能正常的的工作，但但当出现现第二点点接地时时，则可可能造成成信号装装置、控控制回路路和继电电保护装装置误动动作，甚甚至造成成直流正正负极短短路，从从而引发发严重的的电力事事故。因因此直流流系统对对地应有有良好的的绝缘，必必须对其其进行实实时的在在线监测测，当某某一点出出现接地地故障时时，立即即发出告告警信号号，提醒醒运行人人员查找找并排除除接地故故障，从从而杜绝绝直流系系统接地地可能引引起的事事故。直流系统统的绝缘缘检测由由母线绝绝缘检测测和支路路绝缘检检测两部部分组成成，分别别说明如如下：2.5.1 母线绝缘缘检测图2-99 母线线绝缘检检测原理理图如图2-9所示示，采用用不平衡衡电桥测测

43、量电路路，由微微处理器器控制开开关S11和S22顺序导导通，分分别测得得两组直直流母线线正负极极对地的的电压值值数据，然然后解方方程求出出直流母母线正负负极对地地的绝缘缘电阻值值。根据欧姆姆定律在在开关SS1和SS2分别别闭合时时得到方方程式： U+11*(R+22Rz) U-11*(R+Rff)S1闭合合，S22断开时时：- （方方程一） R*Rz R*Rf U+22*(R+Rzz) U-2*(R+22Rf)S2闭合合，S11断开时时：- （方方程二） R*RRz RR*Rff已知U+1、UU-1、UU+2、UU-2和RR，解方方程可以以分别求求出直流流母线正正极对地地的绝缘缘电阻RRz和负

44、负极对地地的绝缘缘电阻RRf的值值。这种母线线绝缘检检测技术术可以准准确地测测量出直直流系统统正负极极对地总总的绝缘缘电阻，但但不能确确定直流流系统各各供电支支路（直直流馈电电输出）的的正负极极对地的的绝缘电电阻值。因因此，如如果直流流系统出出现接地地故障时时，对接接地故障障点的查查找只能能采用逐逐路断开开各馈电电支路，顺顺着支路路逐级查查找仪确确定接地地故障点点。这种种方法即即费时又又费力，而而且断开开支路上上的各种种装置要要暂时退退出工作作，存在在引起电电力事故故的危险险。2.5.2 支路绝缘缘监测对直流系系统各馈馈电支路路正负极极对地的的绝缘电电阻的检检测，是是在各馈馈电支路路回路安安装

45、电流流互感器器，采用用低频叠叠加或直直流漏电电流的原原理，计计算出馈馈电支路路的正负负极对地地的绝缘缘电阻值值。这两两种原理理各有自自己的优优缺点，分分别说明明如下：1） 低频叠加加原理：由低频频信号源源产生的的超低频频信号由由直流母母线对地地耦合到到直流系系统，采采用无源源交流微微电流传传感器，感感应流过过各馈电电支路中中接地电电阻与接接地电容容的超低低频信号号电流，其其大小直直接反映映出支路路接地电电阻的变变化。感感应电流流信号经经过放大大、相位位比较、滤滤波、AA/D转转换后，进进行数据据处理并并计算出出相应的的接地电电阻值，判判断出直直流馈电电支路的的接地故故障。这这一技术术的电流流传

46、感器器不受一一次侧电电流和温温度变化化的影响响，缺点点是检测测精度受受分布电电容和低低频信号号衰减的的影响较较大。当当然可以以采用信信号相位位比较技技术进行行超前校校正及跟跟踪，消消除支路路分布电电容对接接地电阻阻测量精精度的影影响，同同时克服服母线上上非同步步交流信信号的干干扰，解解决了因因判断数数据不全全引发的的支路误误报和漏漏报现象象。2） 直流漏电电流原理理：采用用磁调制制有源直直流微电电流传感感器，馈馈电支路路正负极极穿过传传感器的的正常负负荷电流流大小相相等、方方向相反反，在传传感器中中的合成成直流电电磁场为为零，其其二次输输出也为为零；当当支路回回路的正正负极存存在接地地电阻时时

47、，就会会感应产产生漏电电流，并并且在传传感器中中合成漏漏电流磁磁场，其其二次输输出就直直接反映映接地漏漏电流的的大小，结结合母线线绝缘检检测不平平衡电桥桥电路的的对地电电压测量量数据，可可以计算算出支路路对地的的绝缘电电阻值，从从而判断断出直流流馈电支支路的接接地故障障。这一一技术无无需在直直流母线线上叠加加任何信信号，对对直流系系统不会会产生任任何不良良影响，检检测精度度不受直直流系统统对地分分布电容容的影响响，且灵灵敏度高高，巡检检速度快快。缺点点是有源源直流传传感器设设计制造造复杂，对温度变变化对其其精度有有一定的的影响，输输出可能能产生漂漂移，影影响测量量精度。需采取校正技术消除磁偏和温度的影响3. 直流系统统的设计计原则3.1 系统电压压