[發明專利]一種波前連續可調的沖擊高電壓發生方法

有效

• 申請號: 201410030853.X
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103746567A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 陳維江;李國富;余輝;賀恒鑫;李志軍
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;中國電力科學研究院
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及高電壓試驗技術領域的電壓發生方法，具體涉及一種波前連續可調的沖擊高電壓發生方法。

背景技術

電氣絕緣和放電試驗中普遍采用的沖擊電壓發生器和各種前沿電壓源均是基于Marx型或改進的Marx型電壓發生方法，其產生的沖擊電壓波形為上升率隨時間遞減的固定指數波形式，改變相關參數雖可在一定范圍內調節波前和波尾時間但不能改變波形的總體特征，從原理上無法實現波前上升率連續可調的沖擊電壓波形。

有文獻報道過一種200kV級高電壓任意波形發生原型裝置，該裝置雖然能夠實現波前上升率的連續可調，但其帶負載能力不強且產生的沖擊電壓幅值和最大電壓上升率等指標受原理所限很難提高，采用該電壓發生方法無法滿足高幅值和大陡度的沖擊電壓發生要求。

試驗條件下的模擬長間隙放電是研究地面物體雷電屏蔽性能的主要手段。間隙試驗電場與自然雷電電場的等效性是雷云地閃全過程模擬試驗（簡稱雷電模擬試驗）的關鍵因素，故而對試驗電源波形提出了特殊的要求。實測和仿真研究表明雷云地閃過程中的自然雷電電場具有高幅值、大陡度和上升率由緩及陡漸變的特點，傳統的高壓試驗電源由于輸出電壓波形特征不符或輸出電壓能力有限，故不能保證模擬試驗的電場等效性，無法應用于此類長間隙放電試驗。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種波前連續可調的沖擊高電壓發生方法，該方法可產生高幅值、大陡度和波前上升率連續可調的沖擊電壓輸出波形，用于解決雷電屏蔽性能研究中的高壓試驗電源問題，也可用于其它對電壓波形有特殊要求的電氣絕緣和放電試驗。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

本發明提供一種波前連續可調的沖擊高電壓發生方法，其改進之處在于，所述方法采用三段串接疊落式高電壓發生裝置實現，所述裝置包括緩變段電壓發生單元、漸陡段電壓發生單元和陡變段電壓發生單元以及通過光纖與之分別連接的監控單元；

所述方法包括下述步驟：

（1）采用緩變段電壓發生單元產生緩變上升的連續可調電壓波形；

（2）采用漸陡段電壓發生單元產生漸陡上升的連續可調電壓波形；

（3）采用陡變段電壓發生單元產生陡變上升的連續可調電壓波形，最終得到波前連續可調的沖擊高電壓波形。

進一步地，所述緩變段電壓發生單元由10級低功率充電組件串接構成，每級低功率充電組件包括低功率反激式拓撲電路，所述低功率反激式拓撲電路由直流電源Ui、功率半導體全控器件S、反激變壓器T、高壓硅堆D和輸出電容C組成；所述直流電源Ui的負極與功率半導體全控器件S的源極連接，正極與反激變壓器T的原邊連接，反激變壓器T的副邊與高壓硅堆D的陰極連接，高壓硅堆D的陽極與輸出電容C連接；功率半導體全控器件S的漏極和襯底均與變壓器T的原邊連接；功率半導體全控器件S的柵極與驅動和光纖接口電路連接；驅動和光纖接口電路通過光纖接至監控單元。

進一步地，所述漸陡段電壓發生單元由50級高功率充電組件串接構成；每級高功率充電組件包括高功率反激式拓撲電路，所述高功率反激式拓撲電路由直流電源Ui、至少兩個功率半導體全控器件S、至少兩個反激變壓器T、至少兩個高壓硅堆D和至少兩個高壓輸出電容C組成；所述直流電源Ui的負極與功率半導體全控器件S的源極連接，正極與反激變壓器T的原邊連接，反激變壓器T的副邊與高壓硅堆D的陰極連接，高壓硅堆D的陽極與輸出電容C連接；功率半導體全控器件S的漏極和襯底均與變壓器T的原邊連接；功率半導體全控器件S的柵極與驅動和光纖接口電路連接；驅動和光纖接口電路通過光纖接至監控單元。

進一步地，所述陡變段電壓發生單元由三級電容放電組件串接構成，每級電容放電組件由充電變壓器T、充電硅堆D、觸發球隙gt、隔離球隙g、充電電阻R、充電保護電阻r、充放電電阻rt和rf、儲能電容Cg和輸出電容C組成，所述充電變壓器T的原邊與電源連接，充電變壓器T的副邊一端與充電硅堆D的陽極連接，充電變壓器T的副邊另一端通過充放電電阻rt和rf、儲能電容Cg、充電電阻R和充電保護電阻r與充電硅堆D的陰極連接構成儲能電容Cg的充電回路；所述觸發球隙gt、隔離球隙g、儲能電容Cg和充放電電阻rt和rf經串并連接后與輸出電容C并聯構成儲能電容Cg的放電回路；所述觸發球隙gt與球隙觸發和光纖接口電路連接；球隙觸發和光纖接口電路通過光纖接至監控單元。