一种波前连续可调的冲击高电压发生方法技术

本发明专利技术涉及一种波前连续可调的冲击高电压发生方法。该方法采用三段串接叠落式高电压发生装置实现，所述装置包括缓变段电压发生单元、渐陡段电压发生单元和陡变段电压发生单元以及通过光纤与之分别连接的监控单元；所述方法包括下述步骤：（1）采用缓变段电压发生单元产生缓变上升的连续可调电压波形；（2）采用渐陡段电压发生单元产生渐陡上升的连续可调电压波形；（3）采用陡变段电压发生单元产生陡变上升的连续可调电压波形，最终得到波前连续可调的冲击高电压波形。该方法可产生高幅值、大陡度和波前上升率连续可调的冲击电压输出波形，用于解决雷电屏蔽性能研究中的高压试验电源问题，也可用于其它对电压波形有特殊要求的电气绝缘和放电试验。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。该方法采用三段串接叠落式高电压发生装置实现，所述装置包括缓变段电压发生单元、渐陡段电压发生单元和陡变段电压发生单元以及通过光纤与之分别连接的监控单元；所述方法包括下述步骤：（1）采用缓变段电压发生单元产生缓变上升的连续可调电压波形；（2）采用渐陡段电压发生单元产生渐陡上升的连续可调电压波形；（3）采用陡变段电压发生单元产生陡变上升的连续可调电压波形，最终得到波前连续可调的冲击高电压波形。该方法可产生高幅值、大陡度和波前上升率连续可调的冲击电压输出波形，用于解决雷电屏蔽性能研究中的高压试验电源问题，也可用于其它对电压波形有特殊要求的电气绝缘和放电试验。【专利说明】
本专利技术涉及高电压试验
的电压发生方法，具体涉及。
技术介绍
电气绝缘和放电试验中普遍采用的冲击电压发生器和各种前沿电压源均是基于Marx型或改进的Marx型电压发生方法，其产生的冲击电压波形为上升率随时间递减的固定指数波形式，改变相关参数虽可在一定范围内调节波前和波尾时间但不能改变波形的总体特征，从原理上无法实现波前上升率连续可调的冲击电压波形。有文献报道过一种200kV级高电压任意波形发生原型装置，该装置虽然能够实现波前上升率的连续可调，但其带负载能力不强且产生的冲击电压幅值和最大电压上升率等指标受原理所限很难提高，采用该电压发生方法无法满足高幅值和大陡度的冲击电压发生要求。试验条件下的模拟长间隙放电是研究地面物体雷电屏蔽性能的主要手段。间隙试验电场与自然雷电电场的等效性是雷云地闪全过程模拟试验(简称雷电模拟试验)的关键因素，故而对试验电源波形提出了特殊的要求。实测和仿真研究表明雷云地闪过程中的自然雷电电场具有高幅值、大陡度和上升率由缓及陡渐变的特点，传统的高压试验电源由于输出电压波形特征不符或输出电压能力有限，故不能保证模拟试验的电场等效性，无法应用于此类长间隙放电试验。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供，该方法可产生高幅值、大陡度和波前上升率连续可调的冲击电压输出波形，用于解决雷电屏蔽性能研究中的高压试验电源问题，也可用于其它对电压波形有特殊要求的电气绝缘和放电试验。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的:本专利技术提供，其改进之处在于，所述方法采用三段串接叠落式高电压发生装置实现，所述装置包括缓变段电压发生单元、渐陡段电压发生单元和陡变段电压发生单元以及通过光纤与之分别连接的监控单元；所述方法包括下述步骤:(I)采用缓变段电压发生单元产生缓变上升的连续可调电压波形；(2)采用渐陡段电压发生单元产生渐陡上升的连续可调电压波形；(3)采用陡变段电压发生单元产生陡变上升的连续可调电压波形，最终得到波前连续可调的冲击高电压波形。进一步地，所述缓变段电压发生单元由10级低功率充电组件串接构成，每级低功率充电组件包括低功率反激式拓扑电路，所述低功率反激式拓扑电路由直流电源U1、功率半导体全控器件S、反激变压器T、高压硅堆D和输出电容C组成；所述直流电源Ui的负极与功率半导体全控器件S的源极连接，正极与反激变压器T的原边连接，反激变压器T的副边与高压硅堆D的阴极连接，高压硅堆D的阳极与输出电容C连接；功率半导体全控器件S的漏极和衬底均与变压器T的原边连接；功率半导体全控器件S的栅极与驱动和光纤接口电路连接；驱动和光纤接口电路通过光纤接至监控单元。进一步地，所述渐陡段电压发生单元由50级高功率充电组件串接构成；每级高功率充电组件包括高功率反激式拓扑电路，所述高功率反激式拓扑电路由直流电源U1、至少两个功率半导体全控器件S、至少两个反激变压器T、至少两个高压硅堆D和至少两个高压输出电容C组成；所述直流电源Ui的负极与功率半导体全控器件S的源极连接，正极与反激变压器T的原边连接，反激变压器T的副边与高压硅堆D的阴极连接，高压硅堆D的阳极与输出电容C连接；功率半导体全控器件S的漏极和衬底均与变压器T的原边连接；功率半导体全控器件S的栅极与驱动和光纤接口电路连接；驱动和光纤接口电路通过光纤接至监控单元。进一步地，所述陡变段电压发生单元由三级电容放电组件串接构成，每级电容放电组件由充电变压器T、充电硅堆D、触发球隙gt、隔离球隙g、充电电阻R、充电保护电阻r、充放电电阻rt和rf、储能电容Cg和输出电容C组成，所述充电变压器T的原边与电源连接，充电变压器T的副边一端与充电硅堆D的阳极连接，充电变压器T的副边另一端通过充放电电阻rt和rf、储能电容Cg、充电电阻R和充电保护电阻r与充电硅堆D的阴极连接构成储能电容Cg的充电回路；所述触发球隙gt、隔离球隙g、储能电容Cg和充放电电阻rt和rf经串并连接后与输出电容C并联构成储能电容Cg的放电回路；所述触发球隙gt与球隙触发和光纤接口电路连接；球隙触发和光纤接口电路通过光纤接至监控单元。进一步地，所述监控单元由带有数字逻辑控制功能的工业控制计算机、网络交换机、前端接口电路、电/光转换电路和监控软件组成，根据总电压波形生成缓变段电压发生单元、渐陡段电压发生单元和陡变段电压发生单元的控制命令，通过光纤通信发送实时驱动和触发控制信号，并对波前连续可调的冲击高电压发生的全过程进行监控。进一步地，所述步骤(I)中，监控单元根据缓变段电压波形时间离散值生成多脉宽调制信号，通过光纤分别送至缓变段电压发生单元的各级低功率充电组件；每级低功率充电组件对功率半导体全控器件S实施高频通断控制，在功率半导体全控器件S导通期间，直流电源Ui对反激变压器T充磁；在功率半导体全控器件S关断期间，反激变压器T通过高压硅堆D向输出电容C转移磁能，实现对输出电容C的可控充电；10级低功率充电组件串接构成的缓变段电压发生单元产生上升率小范围连续可调的高电压波形；每级低功率充电组件实现电压上升率连续调节范围为0-0.01kV/us,电压幅值连续调节范围为0-20kV，缓变段电压发生单元具备产生电压上升率0-0.lkV/us,电压幅值0-200kV连续可调电压波形的能力。进一步地，所述步骤(2)中，监控单元根据渐陡段电压波形时间离散值生成多脉宽调制信号，通过光纤分别送至渐陡段电压发生单元的各级高功率充电组件；每级高功率充电组件对至少两个功率半导体全控器件S同时实施高频通断控制，在各功率半导体全控器件S导通期间，直流电源Ui对各反激变压器T同时充磁；在各功率半导体全控器件S关断期间，各反激变压器T通过高压硅堆D向输出电容C同时转移磁能，实现对多个串联输出电容C的可控充电；50级高功率充电组件串接构成的渐陡段电压发生单元产生上升率大范围连续可调的高电压波形；每级高功率充电组件实现电压上升率连续调节范围为0.002-0.lkV/us,电压幅值连续调节范围为0-20kV，渐陡段电压发生单元具备产生电压上升率0.l-5kV/us，电压幅值O-1OOOkV连续可调电压波形的能力。进一步地，所述步骤(3)中，各级电容放电组件中的储能电容Cg经充电回路预先完成并联充电；监控单元根据陡变段电压波形生成时序脉冲触发信号，通过光纤分别送至陡变段电压发生单元的各级电容放电组件；每级电容放电组件中的触发球隙gt在外触发信号下导通，同时引起隔离球隙g在过电压作用下瞬时同步导通，储能电容Cg通过导通的触发球隙gt和隔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维江，李国富，余辉，贺恒鑫，李志军，
申请(专利权)人：国家电网公司，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：