(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

1 亭子口電廠逆變電源概述

亭子口逆變電源的逆變器采用并聯(lián)模式。在實際運行中，單個逆變模塊容量有限，而且不具備冗余能力，使得供電系統(tǒng)的可靠性不高，并且不方便用戶管理和維修。為了增大供電系統(tǒng)的容量，同時提高系統(tǒng)的可靠性，往往采用多個模塊組成高可靠度的并聯(lián)冗余系統(tǒng)，在一個逆變模塊出問題的情況下，其他模塊可以繼續(xù)照常運行，不影響供電負荷。但是逆變器并聯(lián)對于逆變模塊的輸出電源質(zhì)量有很高的要求，各個并聯(lián)逆變模塊的輸出不僅要幅值相同，而且頻率和相位必須保持一致。每個逆變模塊都支持自主均流，支持模塊并聯(lián)運行及同步運行控制要求，滿足并實現(xiàn)多模塊并聯(lián)系統(tǒng)的N+1冗余設計方案，支持帶電熱插拔，保證對計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機的穩(wěn)定、可靠供電，構(gòu)成監(jiān)控上位機的冗余不間斷電源(UPS)。

整個上位機UPS系統(tǒng)包括了兩套完整的逆變電源系統(tǒng)，每一套逆變電源系統(tǒng)都包含一路三相交流出入和一路直流輸入。其中，輸入的直流取自開關站直流系統(tǒng)，在全廠失電后依然可以通過蓄電池保證1h左右的直流正常供給。每一套逆變電源系統(tǒng)由1個交流輸入模塊(IPX)、1個監(jiān)控管理模塊(IPC)、4個逆變器槽架(IPF)、13個逆變器所組成(IPM)。根據(jù)統(tǒng)計監(jiān)控系統(tǒng)上位機的全部功率，系統(tǒng)采用N+1冗余設計方案，在1個逆變模塊出現(xiàn)問題退出運行的情況下，系統(tǒng)依然可以保證電源的正常供給。亭子口監(jiān)控系統(tǒng)的上位機的全部功率為18，782W，根據(jù)UPS容量通用計算要求中的規(guī)定，UPS總功率應該是總負荷的120%，則：

所需UPS功率=P=18，782×120%=22，538W=22.54kW

所需UPS容量=S=P/功率因數(shù)=22.54/0.8=28.17kVA

(在UPS容量計算中，功率因素一般采用0.8)

圖1 亭子口上位機UPS電源組成結(jié)構(gòu)

亭子口UPS容量=2.5kVA×12=30kVA

(單臺逆變器容量為2.5kVA)

因此，根據(jù)以上公式的計算結(jié)果，每一套逆變電源系統(tǒng)都完全可以單獨完成對整個監(jiān)控上位機穩(wěn)定、可靠供電。

2 逆變電源的結(jié)構(gòu)

2.1 逆變模塊

亭子口電廠使用的是英格瑞德公司的IPM逆變模塊。如圖2所示，220V直流輸入經(jīng)高頻全橋諧振變換，產(chǎn)生一個高頻的脈沖電壓，經(jīng)高頻變壓器隔離整流濾波后，得到760V左右的直流電源，給后級的逆變電路供電，經(jīng)三電平逆變電路后得到220V交流輸出。

圖2 IPM單相橋式整流電路及波形

該電路的特點是：(1)提供了高效率的隔離變換。由于采用高頻的諧振變換，使得隔離變換體積小，效率高。實現(xiàn)直流和交流電氣隔離的同時，實現(xiàn)了電池防反二極管的功能；(2)高效率的交流電變換電路。交流電經(jīng)一個APFC整流模塊得到760V的直流電，輸入到各個模塊，在雙電源輸入模塊選擇交流電為主時，雙電源輸入模塊的輸出電壓將高于760VDC電壓，系統(tǒng)將從交流電獲取能量，直流輸入的隔離升壓變換處于待機狀態(tài)，一旦交流電掉電，系統(tǒng)將無擾零切換時間轉(zhuǎn)到直流220V(蓄電池組)輸入端獲取能量，一旦交流電恢復，將再次無擾切換到交流電供電。選擇直流(蓄電池組)優(yōu)先時，交流電PFC輸出電壓稍低，系統(tǒng)從直流(蓄電池組)回路獲取能量；(3)高效率的三電平逆變提高了逆變效率，減小了變換器的體積。

2.2 交流輸入模塊IPX

交流輸入模塊完成交流轉(zhuǎn)直流的PFC校正功能。輸入的三相四線交流，通過整流電路進行升壓PFC校正，輸出為正負直流380V的電源。此模塊的優(yōu)點有以下幾條：(1)熱插拔模塊化冗余設計，檢修維護方便；(2)獨立控制，每個模塊實現(xiàn)自主均流、均載；(3)三相PFC校正設計，功率因數(shù)高，諧波電流??；(4)可以靈活的配置成N+1冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)可靠性；(5)交流輸入與直流輸入隔離并聯(lián)，并實現(xiàn)交流電源和直流電源無擾切換。

2.3 旁路模塊IPB

旁路模塊完成雙電源輸入的功能，為單電源負載提供隔離的冗余電源。旁路模塊可以實現(xiàn)無擾動切換，其實質(zhì)就是一個雙電源輸入模塊，可以完成雙電源同時輸入、主電源和旁路電源同時輸入的功能，充分保證了用電的可靠性。旁路模塊帶高低壓保護，當輸入交流低壓，超壓時，設備會自動轉(zhuǎn)向另一路電源。同時可自動檢測斷電，當任意時刻某一路斷電，設備會自動切換到另一路，免除人工切換或斷電的危險。

3 有源功率因數(shù)校正

在整流電路中，加入了有源功率因數(shù)校正(Active Power Factor Correction，簡稱APFC)，采用全控開關器件構(gòu)成的開關電路對輸入電流的波形進行控制，使之成為與電源電壓同相的正弦波，消除了諧波和無功電流，因而將電網(wǎng)功率因數(shù)提高到近似為1。APFC技術的基本思想是將輸入交流進行全波整流，在整流電路與濾波電容之間加入DC/DC變換，通過適當控制使輸入電流的波形自動跟隨輸入電壓的波形，即使整流器的輸出電流跟隨它輸出直流脈動電壓波形，且要保持貯能電容電壓穩(wěn)定，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出和單位功率因數(shù)輸入。

電源中采用APFC電路帶來如下好處：

(1)輸入的功率因數(shù)提高，輸入的諧波電流減小，降低了電源對整個電網(wǎng)的干擾，滿足了飛機對于諧波限制標準；

(2)在輸入相同有功功率的條件下，輸入電流的有效值明顯減小，降低了整個系統(tǒng)對線路、開關、連接件等對電流容量的要求；

(3)由于有升壓斬波電路，電源允許的輸入電壓范圍擴大，極大的提高電源裝置的可靠性和靈活性；

(4)由于升壓斬波電路有穩(wěn)壓作用，整流電路輸出電壓波動顯著減小，使后級的DC/DC變換電路的工作點保持穩(wěn)定，有利于提高控制精度和效率。

4 EMI抑制濾波電路

EMI濾波器(EMI Filter)是近年來被推廣應用的一種新型組合器件。它能有效地抑制電網(wǎng)噪聲，提高電子設備的抗干擾能力及系統(tǒng)的可靠性，可廣泛用于電子測量儀器、計算機機房設備、開關電源、測控系統(tǒng)等領域。EMI濾波器電路的主要作用就是低通濾波的方法，將高頻電磁波中的雜波信號消除，高頻雜波信號會在EMI濾波器中震蕩而不會通過，也可以防止電源內(nèi)部的電磁干擾外泄，影響外部用電設備。其基本原理如圖3所示。

圖3 電磁干擾濾波的基本電路

在圖3中，C1和C2為差模電容，L為共模電感，C3和C4為共模電容。差模濾波元件和共模濾波元件分別對差模和共模干擾有較強的衰減作用。

5 結(jié)語

亭子口電廠使用了英格瑞德整套的逆變電源設備，可以實現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)的不間斷供電，保證監(jiān)控系統(tǒng)上位機的穩(wěn)定運行，提高設備的安全性和穩(wěn)定性。監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定安全，對于電廠的正常運行有很大意義，監(jiān)控系統(tǒng)保證對整個電廠設備狀態(tài)進行全面監(jiān)視。優(yōu)良的電源可以提高整個上位機系統(tǒng)的使用壽命，是監(jiān)控上位機系統(tǒng)正常工作的保障。

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