淺談動態(tài)電壓恢復器在艦船綜合電力系統(tǒng)中的應用

1、淺談動態(tài)電壓恢復器在艦船綜合電力系統(tǒng)中的應用 摘要：介紹了動態(tài)電壓恢復器的基本原理，動態(tài)電壓恢復器的的發(fā)展與應用，敘述了艦船綜合電力系統(tǒng)的研究意義，展望了將動態(tài)電壓恢復器應用于綜合電力系統(tǒng)的前景。 關鍵字：動態(tài)電壓恢復器 艦船綜合電力系統(tǒng) 【分類號】：tm41 1 引言 由于目前電力電子設備的大量使用，使得電能質(zhì)量問題對電力系統(tǒng)的影響越來越大。近些年來，隨著應用現(xiàn)代電力電子技術和控制技術實現(xiàn)電能質(zhì)量控制，即定質(zhì)電力（custom power）技術的發(fā)展，動態(tài)電壓恢復器自問世以來，就因可幾個毫秒內(nèi)完成對電網(wǎng)電壓的動態(tài)補償，從而解決電壓暫降、突升，以及系統(tǒng)電壓不對稱、畸變等問題，引起了廣泛關注。此

2、技術可經(jīng)濟、高效的提高電力電子設備的使用壽命，具有極高的推廣價值1。 2 動態(tài)電壓恢復器的工作原理 動態(tài)電壓恢復器通常由逆變橋、直流儲能單元以及串聯(lián)變壓器單元組成。其主要功能是當電網(wǎng)電壓發(fā)生電壓跌落、電壓暫升時，向電網(wǎng)線路上注入一個幅值和相位可控的補償電壓以保證負載側電壓不受網(wǎng)側電壓干擾，維持穩(wěn)定，圖1為典型的動態(tài)電壓恢復器結構示意圖。 1996年，美國 westing house 電子公司在西部電子展覽和會議（wescon）上首次發(fā)表了關于動態(tài)電壓恢復器的研究報告以及實驗結果。 1998 年，abb公司開始了對動態(tài)電壓恢復器的研究，當年6月，該公司研制的動態(tài)電壓恢復器在新加坡的一家半導體制造

3、廠開始投入工業(yè)運行，該裝置投運兩年即抑制10多次的電壓跌落，有效地避免了因電壓暫降問題帶來的經(jīng)濟損失24。 2000 年，abb公司研制出容量高達 22.5mva 的動態(tài)電壓恢復器，并有兩套在以色列一家微處理器制造廠投入工業(yè)運行。此外，abb公司研制的動態(tài)電壓恢復器已升級至avc 系列，該系列產(chǎn)品的容量從 160kva 到 30mva，可在少于一周波內(nèi)快速響應，能量直接從電網(wǎng)獲得，可實現(xiàn)對電壓跌落的連續(xù)補償。 在國內(nèi)，很多的科研院所和高等院校近些年也相繼對動態(tài)電壓恢復器展開研究，清華大學、東南大學以及西安交通大學等單位均已研制出動態(tài)電壓恢復器樣機。這些樣機功率等級與國外先進技術相比還較低。到目

4、前為止，未見軍用設備中使用動態(tài)電壓恢復器的報道。 4 動態(tài)電壓恢復器在艦船綜合電力系統(tǒng)中應用展望 艦艇綜合電力系統(tǒng)將艦艇的日常用電和推進用電結合在一個電力系統(tǒng)之中作為艦艇電力平臺，是21世紀各海軍大國艦艇現(xiàn)代化研究的重點之一，其意義不亞于艦船由風帆動力轉為蒸汽機動力3。該系統(tǒng)將使艦艇成本降低、運行能耗減少、電能分配合理、空間設置優(yōu)化、同時可有效保障電磁炮、粒子束武器、以及高能激光（微波）等高能艦載武器的能量供給以及電磁彈射器、艦載消磁電源等大功率艦載用電設備可靠運行。隨著國防現(xiàn)代化事業(yè)以及電力電子技術的不斷發(fā)展，應用于現(xiàn)代艦船獨立電網(wǎng)系統(tǒng)中的用電設備構成發(fā)生重大的改變，各種新型艦載裝備對電能質(zhì)

5、量的需求不斷提高，諸如半導體整流器、晶閘管及新型變頻裝置大量投入使用，由于其非線性、不平衡及瞬時沖擊性的用電特點，電網(wǎng)電壓容易出現(xiàn)閃變、電壓暫降或暫升、頻率偏移以及諧波干擾等問題，從而引起系統(tǒng)電壓的波形畸變，嚴重影響供電質(zhì)量，給艦船電力系統(tǒng)帶來安全隱患。 由于艦船電力系統(tǒng)需要適應于未來的高能武器對合理分配電能的需要，同時大功率非線性負載與大量敏感設備共存于電網(wǎng)中，因此電網(wǎng)電壓突升、突降和瞬時斷電等種種電能質(zhì)量問題難以避免，這有可能在幾十個毫秒甚至十幾個毫秒內(nèi)對艦船上的重要敏感設備等造成嚴重干擾直至損壞4。另外，要實現(xiàn)現(xiàn)代艦船的智能化控制需要將許多基于微處理器和網(wǎng)絡的控制設備應用于各艦載裝置中，

6、這些設備在幾十個毫秒的電網(wǎng)電壓不正常的情況下就可能使艦船系統(tǒng)嚴重混亂，這就對高質(zhì)量的供電提出了更為苛刻的要求。必須采用合理的穩(wěn)壓方法，保證系統(tǒng)在受到較大干擾時，仍能使電網(wǎng)電壓在最大范圍內(nèi)的穩(wěn)定，從而避免因重要設備的失常而導致電力系統(tǒng)崩潰。 近些年來，應用現(xiàn)代電力電子技術和控制技術實現(xiàn)電能質(zhì)量控制，即定質(zhì)電力（custom power）技術無論是調(diào)節(jié)電壓的響應速度還是控制實現(xiàn)的安全穩(wěn)定等方面都取得比較令人滿意的結果，因此，這一技術是保障艦艇綜合電力系統(tǒng)可靠運行的關鍵技術之一。盡管對于中小功率等級的敏感設備在線式不間斷電源（uninterruptible power supply，ups）能保證較

7、高的電能質(zhì)量，但是對于大功率等級的電壓波動問題，應用在線式ups顯然是不夠經(jīng)濟的，所以它并不適用于艦艇電力系統(tǒng)。 動電壓恢復器 （dvr，dynamic voltage restorer，或稱瞬態(tài)電壓恢復器）可幾個毫秒內(nèi)實時的完成電網(wǎng)電壓補償，根據(jù)不同的暫降情況，補償持續(xù)時間可從零點幾秒到幾秒不等。dvr的應用可經(jīng)濟、有效地提高艦船電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，保證艦載裝備的可靠工作，同時dvr也能適用于陸上電力系統(tǒng)（例如陸上消磁站等），因此具有廣泛的推廣應用前景。 海軍工程大學等一批軍隊院校科研單位已經(jīng)對將這一技術應用于艦船綜合電力系統(tǒng)做了大量的研究與試驗，試驗樣機取得了較為令人滿意的效果5。但是，要

8、使動態(tài)電壓恢復器工作于艦艇環(huán)境需要考慮的問題還非常繁多，例如電磁兼容問題、安全運行問題、裝置體積問題以及抗腐蝕性問題等，這些都是下一步工程化需要重點研究的方面。 1 許業(yè)清.實用無功功率補償技術m .北京：中國科學技術大學出版社，1995：110-120. 2 david a.sparks in research， development， and applicationj.ieee power engineering review，2000， 20（12）：41-46. 3 馬偉明.艦船動力發(fā)展的新方向-綜合電力系統(tǒng)j.海軍工程大學學報，2002，14（6）：1-5. 4 吳雷，夏立.艦船綜合電力系統(tǒng)狀態(tài)估計研究現(xiàn)