一種用于多臺大功率變流器串聯(lián)運行的退出方法
【技術領域】：
[0001] 本發(fā)明屬于大功率變流器電源控制技術領域，涉及一種用于多臺大功率變流器串 聯(lián)運行的退出方法。
【背景技術】：
[0002] ITER(國際熱核聚變實驗堆)PF(極向場)變流器電源是等離子體的產生、約束、維 持、加熱以及等離子體電流、位置、形狀、分布和破裂的必要控制手段。ITER PF變流器電源 包括單橋，雙橋和環(huán)流三種運行模式，可以實現(xiàn)四象限運行，功率高達840兆瓦。是當今世界 上功率最大，運行模式最為復雜的特種電源系統(tǒng)。ITER PF變流器共有14套四象限變流器電 源，同時向6個PF超導線圈供電。設計時為降低無功功率，針對PF2-PF5這四個超導線圈的電 源，均采用三臺大功率變流器串聯(lián)組成。
[0003] 大功率變流器三臺串聯(lián)運行時快速可靠的退出方法，除了可以保證正常工作時退 出運行的需要外，最重要的是在故障發(fā)生時以最快的速度可靠的使回路電流衰減到零，有 效保障設備安全。
[0004] 目前已有的技術僅針對兩臺變流器串聯(lián)運行的控制，還沒有針對大功率變流器多 臺串聯(lián)運行退出方法的詳細研究。大功率變流器多臺串聯(lián)運行時，可靠快速的退出方法是 保障電源安全運行的必要因素。

【發(fā)明內容】
：
[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種用于多臺大功率變流器串聯(lián)運行的退出方 法。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：
[0007] -種用于多臺大功率變流器串聯(lián)運行的退出方法，所述多臺大功率變流器可以實 現(xiàn)四象限運行，由同一套控制系統(tǒng)控制，每臺大功率變流器分別并聯(lián)一個旁通，各大功率變 流器和旁通并聯(lián)后作為一個單元，再進行單元間的串聯(lián)，最后與阻感性負載串聯(lián);控制系統(tǒng) 通過控制觸發(fā)電路進行觸發(fā)脈沖的發(fā)送和封鎖，從而控制大功率變流器和旁通的導通和關 斷;其特征在于，在退出時，各臺大功率變流器同時逆變，使回路電流快速衰減，待回路電流 減小到一固定值后，再定時持續(xù)逆變一定時間，使回路電流可靠降為零，然后再封鎖大功率 變流器的觸發(fā)脈沖，串聯(lián)變流器可靠退出。
[0008] 所述的用于多臺大功率變流器串聯(lián)運行的退出方法，其特征在于，所述固定值應 處于額定電流的5%_20%范圍區(qū)間內，需要根據設備參數(shù)在控制系統(tǒng)中進行適當調整。
[0009] 所述的用于多臺大功率變流器串聯(lián)運行的退出方法，其特征在于，所述定時時間 大小應處于變流器將固定值降為零的時間的10-20倍區(qū)間內，需要根據設備參數(shù)在控制系 統(tǒng)中進行適當調整。
[0010] 所述的用于多臺大功率變流器串聯(lián)運行的退出方法，其特征在于，變流器將固定 值降為零的時間可以根據逆變觸發(fā)角的運行參數(shù)和相關的設備參數(shù)進行理論計算。
[0011] 本發(fā)明的有益效果為：
[0012] 本發(fā)明的方法可以使變流器在不同負載電流條件下安全退出運行，不會出現(xiàn)因不 同變流器關斷失敗或者關斷不同步導致設備損壞問題;該方法的應用可以降低對傳感器測 量精度的要求，消除了測量誤差對變流器關斷的影響；該方法使回路內的電流在短時間內 快速下降到零，從而保護變流器及負載;多臺大功率變流器串聯(lián)運行的退出方法采用程序 控制，容易實現(xiàn)且便于進行參數(shù)調整。
【附圖說明】：
[0013] 圖1是三臺變流器串聯(lián)運行的拓撲結構。
[0014] 圖2是三臺變流器串聯(lián)運行的退出程序流程圖。
[0015] 圖3是CU1單臺變流器的拓撲結構。
[0016] 圖4是三臺變流器串聯(lián)運行時單套變流器在不同運行模式下實驗波形圖。
[0017]圖5是三臺變流器串聯(lián)運行的退出過程的實驗波形圖。
【具體實施方式】：
[0018] 為了更好地理解本發(fā)明的技術方案，以下結合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步 描述：
[0019] 退出方案示意圖見圖2。
[0020] 如圖1所示，一種用于多臺大功率變流器串聯(lián)運行的退出方法，大功率變流器的個 數(shù)以三臺為例，額定電流為lkA，三臺串聯(lián)運行時，額定電壓u rate為300V。三臺變流器分別為 ⑶1、⑶2、⑶3。三相交流電AC經過兩兩并聯(lián)的整流變壓器T1、T2或T3、T4或T5、T6后，向大功 率變流器⑶1、⑶2、⑶3供電。各大功率變流器⑶1、⑶2、⑶3分別并聯(lián)一個旁通ΒΡ1、ΒΡ2、ΒΡ3。 各大功率變流器和旁通并聯(lián)后作為一個單元，再進行單元間的串聯(lián)，最后與阻感性負載Rd 串聯(lián)，負載Rd電感的大小為150mH。各變流器及其所并聯(lián)的旁通的導通和關斷均由同一控制 器1通過觸發(fā)電路2來控制?？刂破?根據需要控制觸發(fā)電路2,當需要開通變流器或者旁通 時，觸發(fā)電路2發(fā)出雙脈沖觸發(fā)信號，觸發(fā)變流器或者旁通使其導通，反之關斷時，則在相應 的時刻封鎖觸發(fā)脈沖;退出方案如圖2，包括以下步驟：
[0021 ] (1)在進入退出運行模式以后，同時觸發(fā)變流器⑶1、⑶2和⑶3使其逆變并實時檢 測負載電流的大??；
[0022] (2)當檢測到負載電流小于固定值I時，啟動定時器，在定時期間變流器仍逆變；
[0023] (3)當定時器達到設定時間值t時，封鎖觸發(fā)脈沖，退出過程結束。
[0024] 此處固定值I為100A，占額定電流的10%，處于額定電流的5%_20%范圍內，固定 值的大小需要根據設備參數(shù)在程序中進行調整。變流器將固定值降為零的衰減時間，可以 根據逆變時的觸發(fā)角等運行參數(shù)以及設備參數(shù)進行計算，計算公式如下。
[0025]
[0026] 其中，id為負載的電流，計算定時時間t時，利用負載電流為電流固定值I是100A來 計算。Ld為阻感性負載中的電感部分150mH，u L為阻感部分感性負載承受的電壓。該系統(tǒng)采用 的逆變角為135、且該負載回路的電阻非常小，可以忽略，所以u L可以近似計算為負載的電 壓，根據下面公式計算，可得uL約為70V。
[0027]
[0028] 根據以上計算可得，將固定值降為零的時間約為0.2s。定時器的定時時間為2s，是 變流器將固定值降為零的衰減時間的10倍，處于衰減時間的10-20倍區(qū)間內。
[0029]每兩個并聯(lián)的整流變壓器之間移相30°，為變流器的雙橋運行模式提供12相電源。 每臺變流器由4個三相全控橋A+、A-、B+、B-共同構成，三相全控橋A+與A-、B+與B-兩兩反向 并聯(lián)可以實現(xiàn)四象限運行，其中每臺變流器與一個環(huán)流電抗器Lp串聯(lián)。CU1單臺變流器的詳 細拓撲結構圖如圖3虛線框內所示。變流器可以根據負載電流大小，在不同的運行模式之間 進行切換。
[0030] 工作時，控制器1根據所需輸出的電流大小計算觸發(fā)角。觸發(fā)電路2根據控制器1計 算的觸發(fā)角在相應的時刻輸出光觸發(fā)信號。在晶閘管處由脈沖分配器將光信號轉換為脈沖 信號，觸發(fā)變流器和旁通。電流傳感器和電壓傳感器對所有變流器的支路和主回路的電流 和電壓信號進行測量，測量點的位置已在圖3中標出。傳感器測量的數(shù)值作為反饋和采集信 號，用于反饋控制和數(shù)據分析。
[0031] 圖4是三臺變流器串聯(lián)運行時，單臺變流器CU3的電流波形。包括四個橋電流波形 CU3_ID1、CU3_ID2、CU3_ID3、CU3_ID4和一個負載電流波形ID。根據負載電流的大小，變流器 在不同的運行模式之間切換。區(qū)間①是變流器以環(huán)流模式運行，區(qū)間②是變流器以單橋模 式運行，區(qū)間③是變流器以并聯(lián)模式運行。
[0032]圖5是三臺變流器串聯(lián)運行退出過程的實驗波形。包括三臺變流器的負載電壓 ⑶1_VDC、⑶2_VDC、⑶3_VDC和總的負載電流ID波形。在開始退出運行時，三臺變流器同時逆 變，輸出端電壓為負，逆變一段時間后，總的負載電流降為固定值100A，如圖5區(qū)間④所示。 在檢測到負載電流降為固定值100A后，變流器再持續(xù)逆變一定時間2s，如圖5區(qū)間⑤所示， 該時間由設備參數(shù)和逆變觸發(fā)角決定，然后封鎖脈沖，退出過程結束。圖5表明，采用該發(fā)明 可以在輸出電流很大時快速可靠的切斷大電流。從而在故障發(fā)生時，可以保證設備的安全。 [0033]由于該發(fā)明采用程序控制，容易實現(xiàn)且易于進行參數(shù)調整。
【主權項】
1. 一種用于多臺大功率變流器串聯(lián)運行的退出方法，所述多臺大功率變流器可以實現(xiàn) 四象限運行，由同一套控制系統(tǒng)控制，每臺大功率變流器分別并聯(lián)一個旁通，各大功率變流 器和旁通并聯(lián)后作為一個單元，再進行單元間的串聯(lián)，最后與阻感性負載串聯(lián);控制系統(tǒng)通 過控制觸發(fā)電路進行觸發(fā)脈沖的發(fā)送和封鎖，從而控制大功率變流器和旁通的導通和關 斷;其特征在于，在退出時，各臺大功率變流器同時逆變，使回路電流快速衰減，待回路電流 減小到一固定值后，再定時持續(xù)逆變一定時間，使回路電流可靠降為零，然后再封鎖大功率 變流器的觸發(fā)脈沖，串聯(lián)變流器可靠退出。2. 根據權利要求1所述的用于多臺大功率變流器串聯(lián)運行的退出方法，其特征在于，所 述固定值應處于額定電流的5%_20%范圍區(qū)間內，需要根據設備參數(shù)在控制系統(tǒng)中進行適當 調整。3. 根據權利要求1或2所述的用于多臺大功率變流器串聯(lián)運行的退出方法，其特征在 于，所述定時時間大小應處于變流器將固定值降為零的時間的10-20倍區(qū)間內，需要根據設 備參數(shù)在控制系統(tǒng)中進行適當調整。4. 根據權利要求3所述的用于多臺大功率變流器串聯(lián)運行的退出方法，其特征在于，變 流器將固定值降為零的時間可以根據逆變觸發(fā)角的運行參數(shù)和相關的設備參數(shù)進行理論 計算。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于多臺大功率變流器串聯(lián)運行的退出方法，在退出時，各臺大功率變流器同時逆變，使回路電流快速衰減，待回路電流減小到一固定值后，再定時持續(xù)逆變一定時間，使回路電流可靠到零，然后封鎖大功率變流器的觸發(fā)脈沖，串聯(lián)變流器可靠退出。本發(fā)明的方法可以實現(xiàn)多臺大功率變流器串聯(lián)可靠快速退出，且對傳感器精度要求不高；本發(fā)明方法采用控制器程序控制，容易實現(xiàn)且參數(shù)調整。
【IPC分類】H02M1/088
【公開號】CN105515350
【申請?zhí)枴緾N201610066272
【發(fā)明人】黃連生, 陳曉嬌, 傅鵬, 高格, 何詩英, 王澤京
【申請人】中國科學院等離子體物理研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年1月28日