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重要负荷电源无缝切换供电方法的研究

任宗基  
【摘要】:随着工业技术的高速发展,以石化、钢铁企业为代表的重要负荷对供电可靠性提出了更高的要求。目前主要采用双电源切换供电方式来保障这类负荷的不间断供电,因此电源自动切换装置得到了广泛应用,主要包括备自投装置和快切装置。快切装置是在备自投装置的基础上发展而来,其性能优于备自投装置,有逐步替代备自投装置的趋势。然而快切装置的启动信号都是外接信号,启动时间受到外界制约,可能无法在主电源故障后的第一时间启动。此外,快切装置的切换时间受到断电残压与备用电源电压相位差的影响,在相位差较大时切换时间过长,不能满足重要负荷的无缝供电要求。为满足重要负荷的无缝供电要求,针对电源自动切换装置存在的不足展开研究,主要内容总结如下:(1)采用固态转换开关代替传统机械开关以缩短电源切换的时间。在Simulink中搭建固态转换开关的过零切换仿真模型,以RLC串联和并联负荷为例进行仿真。结果表明过零切换控制方式下的切换时间在10ms以内,相对于传统机械开关而言,切换时间大大减少。(2)基于理想异步电动机空间矢量模型,从电机内部磁链守恒原理出发,给出电动机断电残压的解析表达式,以此说明残压的变化规律。在Simulink中对断电残压和备用电源的直接投入进行仿真,明确断电残压与备用电源电压相位差对电源切换的不利影响。在Simulink中对快切装置的性能进行效果仿真,指出现有快切装置的优点与存在的不足。(3)提出基于相序变换的备用电源相位最优匹配策略,说明了所提策略的基本原理和接线方式,通过仿真进行验证,结果表明所提策略可以有效减小切换冲击。(4)提出一种基于动态电压恢复器的无缝切换供电方法。详细说明了所提方法的原理和流程,在Simulink中搭建模型,进行了大量的仿真验证。结果表明:所提方法既能做到电源切换的快速性,又能减小因电源切换而引起的冲击,且所提方法在实现无缝供电的前提下,仍可用来治理电网电压跌落。(5)提出一种基于可控移相器分级调整的无缝切换供电方法。详细说明了所提方法的原理和实现方式,在Simulink中搭建模型,进行了大量的仿真实验。结果表明:所提方法既能做到电源切换的快速性,又能减小因电源切换而引起的冲击,相比于现有方式切换性能显著提高,具有良好的应用前景。


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