一種波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓發(fā)生方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓發(fā)生方法。該方法采用三段串接疊落式高電壓發(fā)生裝置實現(xiàn)，所述裝置包括緩變段電壓發(fā)生單元、漸陡段電壓發(fā)生單元和陡變段電壓發(fā)生單元以及通過光纖與之分別連接的監(jiān)控單元；所述方法包括下述步驟：（1）采用緩變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生緩變上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形；（2）采用漸陡段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生漸陡上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形；（3）采用陡變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生陡變上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形，最終得到波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓波形。該方法可產(chǎn)生高幅值、大陡度和波前上升率連續(xù)可調(diào)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。
【專利說明】一種波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓發(fā)生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高電壓試驗【技術(shù)領(lǐng)域】的電壓發(fā)生方法，具體涉及一種波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓發(fā)生方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電氣絕緣和放電試驗中普遍采用的沖擊電壓發(fā)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(fā)生方法，其產(chǎn)生的沖擊電壓波形為上升率隨時間遞減的固定指數(shù)波形式，改變相關(guān)參數(shù)雖可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)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(xiàn)波前上升率連續(xù)可調(diào)的沖擊電壓波形。
[0003]有文獻報道過一種200kV級高電壓任意波形發(fā)生原型裝置，該裝置雖然能夠?qū)崿F(xiàn)波前上升率的連續(xù)可調(diào)，但其帶負載能力不強且產(chǎn)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(fā)生方法無法滿足高幅值和大陡度的沖擊電壓發(fā)生要求。
[0004]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(guān)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(tǒng)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(yīng)用于此類長間隙放電試驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓發(fā)生方法，該方法可產(chǎn)生高幅值、大陡度和波前上升率連續(xù)可調(diào)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。
[0006]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供一種波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓發(fā)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(fā)生裝置實現(xiàn)，所述裝置包括緩變段電壓發(fā)生單元、漸陡段電壓發(fā)生單元和陡變段電壓發(fā)生單元以及通過光纖與之分別連接的監(jiān)控單元；
[0008]所述方法包括下述步驟:
[0009](I)采用緩變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生緩變上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形；
[0010](2)采用漸陡段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生漸陡上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形；
[0011](3)采用陡變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生陡變上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形，最終得到波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓波形。
[0012]進一步地，所述緩變段電壓發(fā)生單元由10級低功率充電組件串接構(gòu)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U1、功率半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體全控器件S的柵極與驅(qū)動和光纖接口電路連接；驅(qū)動和光纖接口電路通過光纖接至監(jiān)控單元。
[0013]進一步地，所述漸陡段電壓發(fā)生單元由50級高功率充電組件串接構(gòu)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U1、至少兩個功率半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體全控器件S的柵極與驅(qū)動和光纖接口電路連接；驅(qū)動和光纖接口電路通過光纖接至監(jiān)控單元。
[0014]進一步地，所述陡變段電壓發(fā)生單元由三級電容放電組件串接構(gòu)成，每級電容放電組件由充電變壓器T、充電硅堆D、觸發(fā)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(gòu)成儲能電容Cg的充電回路；所述觸發(fā)球隙gt、隔離球隙g、儲能電容Cg和充放電電阻rt和rf經(jīng)串并連接后與輸出電容C并聯(lián)構(gòu)成儲能電容Cg的放電回路；所述觸發(fā)球隙gt與球隙觸發(fā)和光纖接口電路連接；球隙觸發(fā)和光纖接口電路通過光纖接至監(jiān)控單元。
[0015]進一步地，所述監(jiān)控單元由帶有數(shù)字邏輯控制功能的工業(yè)控制計算機、網(wǎng)絡(luò)交換機、前端接口電路、電/光轉(zhuǎn)換電路和監(jiān)控軟件組成，根據(jù)總電壓波形生成緩變段電壓發(fā)生單元、漸陡段電壓發(fā)生單元和陡變段電壓發(fā)生單元的控制命令，通過光纖通信發(fā)送實時驅(qū)動和觸發(fā)控制信號，并對波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓發(fā)生的全過程進行監(jiān)控。
[0016]進一步地，所述步驟(I)中，監(jiān)控單元根據(jù)緩變段電壓波形時間離散值生成多脈寬調(diào)制信號，通過光纖分別送至緩變段電壓發(fā)生單元的各級低功率充電組件；每級低功率充電組件對功率半導(dǎo)體全控器件S實施高頻通斷控制，在功率半導(dǎo)體全控器件S導(dǎo)通期間，直流電源Ui對反激變壓器T充磁；在功率半導(dǎo)體全控器件S關(guān)斷期間，反激變壓器T通過高壓硅堆D向輸出電容C轉(zhuǎn)移磁能，實現(xiàn)對輸出電容C的可控充電；
[0017]10級低功率充電組件串接構(gòu)成的緩變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生上升率小范圍連續(xù)可調(diào)的高電壓波形；每級低功率充電組件實現(xiàn)電壓上升率連續(xù)調(diào)節(jié)范圍為0-0.01kV/us,電壓幅值連續(xù)調(diào)節(jié)范圍為0-20kV，緩變段電壓發(fā)生單元具備產(chǎn)生電壓上升率0-0.lkV/us,電壓幅值0-200kV連續(xù)可調(diào)電壓波形的能力。
[0018]進一步地，所述步驟(2)中，監(jiān)控單元根據(jù)漸陡段電壓波形時間離散值生成多脈寬調(diào)制信號，通過光纖分別送至漸陡段電壓發(fā)生單元的各級高功率充電組件；每級高功率充電組件對至少兩個功率半導(dǎo)體全控器件S同時實施高頻通斷控制，在各功率半導(dǎo)體全控器件S導(dǎo)通期間，直流電源Ui對各反激變壓器T同時充磁；在各功率半導(dǎo)體全控器件S關(guān)斷期間，各反激變壓器T通過高壓硅堆D向輸出電容C同時轉(zhuǎn)移磁能，實現(xiàn)對多個串聯(lián)輸出電容C的可控充電；
[0019]50級高功率充電組件串接構(gòu)成的漸陡段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生上升率大范圍連續(xù)可調(diào)的高電壓波形；每級高功率充電組件實現(xiàn)電壓上升率連續(xù)調(diào)節(jié)范圍為0.002-0.lkV/us,電壓幅值連續(xù)調(diào)節(jié)范圍為0-20kV，漸陡段電壓發(fā)生單元具備產(chǎn)生電壓上升率0.l-5kV/us，電壓幅值O-1OOOkV連續(xù)可調(diào)電壓波形的能力。
[0020]進一步地，所述步驟(3)中，各級電容放電組件中的儲能電容Cg經(jīng)充電回路預(yù)先完成并聯(lián)充電；監(jiān)控單元根據(jù)陡變段電壓波形生成時序脈沖觸發(fā)信號，通過光纖分別送至陡變段電壓發(fā)生單元的各級電容放電組件；每級電容放電組件中的觸發(fā)球隙gt在外觸發(fā)信號下導(dǎo)通，同時引起隔離球隙g在過電壓作用下瞬時同步導(dǎo)通，儲能電容Cg通過導(dǎo)通的觸發(fā)球隙gt和隔離球隙g及充放電電阻rf，實現(xiàn)對輸出電容C的串聯(lián)放電；
[0021]三級電容放電組件串接構(gòu)成的陡變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生上升率近似連續(xù)可調(diào)的陡變高電壓波形；每級電容放電組件實現(xiàn)電壓上升率不低于1.5kV/us,電壓幅值SOOkV ;陡變段電壓發(fā)生單元具備產(chǎn)生電壓上升率大于5kV/us，電壓幅值0-2400kV近似連續(xù)可調(diào)電壓波形的能力。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達到的有益效果是:
[0023]本發(fā)明提供的波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓發(fā)生方法，可產(chǎn)生高幅值、大陡度和波前上升率連續(xù)可調(diào)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，可用于開發(fā)與雷云地閃過程中自然雷電電場波形等效的高電壓試驗電源，以支撐試驗條件下的雷電屏蔽性能研究，并對沖擊電壓波前有特殊要求的各類電氣絕緣和放電試驗的電源開發(fā)均有應(yīng)用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是典型電壓波形三分段示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明提供的三段式?jīng)_擊高電壓發(fā)生原理圖；
[0026]圖3是本發(fā)明提供的緩變段電壓發(fā)生單元原理圖；
[0027]圖4是本發(fā)明提供的漸陡段電壓發(fā)生單元原理圖；
[0028]圖5是本發(fā)明提供的陡變段電壓發(fā)生單元原理圖；
[0029]圖6是本發(fā)明提供的三段式?jīng)_擊高電壓發(fā)生方法實現(xiàn)的典型電壓波形示意圖?！揪唧w實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0031]本發(fā)明提供一種新型原理的沖擊高電壓發(fā)生方法，可產(chǎn)生高幅值、大陡度和波前上升率連續(xù)可調(diào)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。
[0032]圖1所示為雷電模擬試驗中的典型電壓波形三分段示意圖。波形分段的依據(jù)是可實現(xiàn)的電壓上升率范圍，其中第一段波形Uol的電壓上升率范圍為0-0.lkV/us;第二段波形Uo2的電壓上升率范圍為0.l-5kV/us ;第三段波形Uo3的電壓上升率范圍大于5kV/us。
[0033]本發(fā)明提供的新型原理沖擊高電壓發(fā)生方法采用三段串接疊落式高電壓發(fā)生裝置實現(xiàn)，所述裝置包括緩變段電壓發(fā)生單元、漸陡段電壓發(fā)生單元和陡變段電壓發(fā)生單元以及通過光纖與之分別連接的監(jiān)控單元。
[0034]圖2所示為實現(xiàn)典型電壓波形的三段式?jīng)_擊高電壓發(fā)生原理圖。三段電壓發(fā)生單元采用輸出串接和絕緣支撐疊落布置，其中緩變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生與圖1對應(yīng)的第I段緩變上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形Uol ;漸陡段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生與圖1對應(yīng)的第2段漸陡上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形Uo2 ;陡變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生與圖1對應(yīng)的陡變上升的可調(diào)電壓波形Uo3 ;監(jiān)控單元根據(jù)總期望波形Uo生成各電壓發(fā)生單元的控制命令，通過光纖通信向各單元發(fā)送實時驅(qū)動和觸發(fā)控制信號，并對電壓發(fā)生的全過程進行監(jiān)控。
[0035]緩變段和漸陡段電壓發(fā)生單元由于輸出電壓上升率不很陡，本發(fā)明提出以功率型反激式拓撲電路為核心的基于電容可控充電原理的多級串接式電壓發(fā)生方法，來實現(xiàn)這兩段電壓波形的連續(xù)可調(diào)，其原理分別如圖3和圖4所示。
[0036]圖3所示的緩變段電壓發(fā)生單元由10級低功率隔離型電容可控充電組件(簡稱低功率充電組件)串接而成。每級低功率充電組件由直流電源U1、功率半導(dǎo)體全控器件S、反激變壓器T、高壓硅堆D和高壓輸出電容C等基本元件組成低功率反激式拓撲電路，所述直流電源Ui的負極與功率半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體全控器件S的柵極與驅(qū)動和光纖接口電路連接；驅(qū)動和光纖接口電路通過光纖接至監(jiān)控單元。
[0037]圖4所示的漸陡段電壓發(fā)生單元由50級高功率隔離型電容可控充電組件(簡稱高功率充電組件)串接而成。每級高功率充電組件由直流電源U1、多個功率半導(dǎo)體全控器件
S、多個反激變壓器T、多個高壓硅堆D和多個高壓輸出電容C等元件組成高功率反激式拓撲電路，所述直流電源Ui的負極與功率半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體全控器件S的柵極與驅(qū)動和光纖接口電路連接；驅(qū)動和光纖接口電路通過光纖接至監(jiān)控單元。
[0038]陡變段電壓發(fā)生單元由于輸出電壓上升率很陡，采用功率半導(dǎo)體全控器件受器件功率限額影響而實現(xiàn)困難，本發(fā)明提出基于電容可控放電原理的三級串接式電壓發(fā)生方法，來實現(xiàn)該段電壓波形的近似連續(xù)可調(diào)，其原理如圖5所示。陡變段電壓發(fā)生單元由三級高電壓大功率電容放電組件(簡稱電容放電組件)串接而成。每級電容放電組件由高絕緣充電變壓器T、充電硅堆D、觸發(fā)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和高壓輸出電容C等基本元件配置而成，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(gòu)成儲能電容Cg的充電回路；所述觸發(fā)球隙gt、隔離球隙g、儲能電容Cg和充放電電阻rt和rf經(jīng)串并連接后與輸出電容C并聯(lián)構(gòu)成儲能電容Cg的放電回路；所述觸發(fā)球隙gt與球隙觸發(fā)和光纖接口電路連接；球隙觸發(fā)和光纖接口電路通過光纖接至監(jiān)控單元。
[0039]監(jiān)控單元由帶有數(shù)字邏輯控制功能的工業(yè)控制計算機、網(wǎng)絡(luò)交換機、前端接口電路、電/光轉(zhuǎn)換電路和監(jiān)控軟件組成，根據(jù)總電壓波形生成緩變段電壓發(fā)生單元、漸陡段電壓發(fā)生單元和陡變段電壓發(fā)生單元的控制命令，通過光纖通信發(fā)送實時驅(qū)動和觸發(fā)控制信號，并對波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓發(fā)生的全過程進行監(jiān)控。[0040]所述方法包括下述步驟:
[0041](I)采用緩變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生緩變上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形:監(jiān)控單元根據(jù)緩變段電壓波形時間離散值生成多脈寬調(diào)制信號，通過光纖分別送至緩變段電壓發(fā)生單元的各級低功率充電組件；每級低功率充電組件對功率半導(dǎo)體全控器件S實施高頻通斷控制，在功率半導(dǎo)體全控器件S導(dǎo)通期間，直流電源Ui對反激變壓器T充磁；在功率半導(dǎo)體全控器件S關(guān)斷期間，反激變壓器T通過高壓硅堆D向輸出電容C轉(zhuǎn)移磁能，實現(xiàn)對輸出電容C的可控充電；10級低功率充電組件串接構(gòu)成的緩變段電壓發(fā)生單元可產(chǎn)生上升率小范圍連續(xù)可調(diào)的高電壓波形；每級低功率充電組件可實現(xiàn)電壓上升率連續(xù)調(diào)節(jié)范圍為0-0.01kV/us,電壓幅值連續(xù)調(diào)節(jié)范圍為0-20kV，緩變段電壓發(fā)生單元具備產(chǎn)生電壓上升率0-0.lkV/us，電壓幅值0-200kV連續(xù)可調(diào)電壓波形的能力。
[0042](2)采用漸陡段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生漸陡上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形:監(jiān)控單元根據(jù)漸陡段電壓波形時間離散值生成多脈寬調(diào)制信號，通過光纖分別送至漸陡段電壓發(fā)生單元的各級高功率充電組件；每級高功率充電組件對至少兩個功率半導(dǎo)體全控器件S同時實施高頻通斷控制，在各功率半導(dǎo)體全控器件S導(dǎo)通期間，直流電源Ui對各反激變壓器T同時充磁；在各功率半導(dǎo)體全控器件S關(guān)斷期間，各反激變壓器T通過高壓硅堆D向輸出電容C同時轉(zhuǎn)移磁能，實現(xiàn)對多個串聯(lián)輸出電容C的可控充電；50級高功率充電組件串接構(gòu)成的漸陡段電壓發(fā)生單元可產(chǎn)生上升率大范圍連續(xù)可調(diào)的高電壓波形；每級高功率充電組件可實現(xiàn)電壓上升率連續(xù)調(diào)節(jié)范圍為0.002-0.lkV/us，電壓幅值連續(xù)調(diào)節(jié)范圍為0-20kV，漸陡段電壓發(fā)生單元具備產(chǎn)生電壓上升率0.l-5kV/us,電壓幅值O-1OOOkV連續(xù)可調(diào)電壓波形的能力。
[0043](3)采用陡變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生陡變上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形，最終得到波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓波形:各級電容放電組件中的儲能電容Cg經(jīng)充電回路預(yù)先完成并聯(lián)充電；監(jiān)控單元根據(jù)陡變段電壓波形生成時序脈沖觸發(fā)信號，通過光纖分別送至陡變段電壓發(fā)生單元的各級電容放電組件；每級電容放電組件中的觸發(fā)球隙gt在外觸發(fā)信號下導(dǎo)通，同時引起隔離球隙g在過電壓作用下瞬時同步導(dǎo)通，儲能電容Cg通過導(dǎo)通的觸發(fā)球隙gt和隔離球隙g及充放電電阻rf，實現(xiàn)對輸出電容C的串聯(lián)放電；三級電容放電組件串接構(gòu)成的陡變段電壓發(fā)生單元可產(chǎn)生上升率近似連續(xù)可調(diào)的陡變高電壓波形；每級電容放電組件可實現(xiàn)電壓上升率不低于1.5kV/us,電壓幅值800kV，陡變段電壓發(fā)生單元具備產(chǎn)生電壓上升率大于5kV/us，電壓幅值0-2400kV近似連續(xù)可調(diào)電壓波形的能力。采用三段式?jīng)_擊高電壓發(fā)生方法實現(xiàn)的典型電壓波形示意圖如圖6所示。
[0044]通過本發(fā)明的方法，可產(chǎn)生波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓波形，本發(fā)明可用于開發(fā)與雷云地閃過程中自然雷電電場波形等效的高電壓試驗電源，以支撐試驗條件下的雷電屏蔽性能研究，并對沖擊電壓波前有特殊要求的各類電氣絕緣和放電試驗的電源開發(fā)均有應(yīng)用價值。
[0045]最后應(yīng)當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓發(fā)生方法，其特征在于，所述方法采用三段串接疊落式高電壓發(fā)生裝置實現(xiàn)，所述裝置包括緩變段電壓發(fā)生單元、漸陡段電壓發(fā)生單元和陡變段電壓發(fā)生單元以及通過光纖與之分別連接的監(jiān)控單元； 所述方法包括下述步驟: (1)采用緩變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生緩變上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形； (2)采用漸陡段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生漸陡上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形； (3)采用陡變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生陡變上升的連續(xù)可調(diào)電壓波形，最終得到波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓波形。
2.如權(quán)利要求1所述的沖擊高電壓發(fā)生方法，其特征在于，所述緩變段電壓發(fā)生單元由10級低功率充電組件串接構(gòu)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U1、功率半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體全控器件S的柵極與驅(qū)動和光纖接口電路連接；驅(qū)動和光纖接口電路通過光纖接至監(jiān)控單元。
3.如權(quán)利要求1所述的 沖擊高電壓發(fā)生方法，其特征在于，所述漸陡段電壓發(fā)生單元由50級高功率充電組件串接構(gòu)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U1、至少兩個功率半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體全控器件S的柵極與驅(qū)動和光纖接口電路連接；驅(qū)動和光纖接口電路通過光纖接至監(jiān)控單元。
4.如權(quán)利要求1所述的沖擊高電壓發(fā)生方法，其特征在于，所述陡變段電壓發(fā)生單元由三級電容放電組件串接構(gòu)成，每級電容放電組件由充電變壓器T、充電硅堆D、觸發(fā)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(gòu)成儲能電容Cg的充電回路；所述觸發(fā)球隙gt、隔離球隙g、儲能電容Cg和充放電電阻rt和rf經(jīng)串并連接后與輸出電容C并聯(lián)構(gòu)成儲能電容Cg的放電回路；所述觸發(fā)球隙gt與球隙觸發(fā)和光纖接口電路連接；球隙觸發(fā)和光纖接口電路通過光纖接至監(jiān)控單元。
5.如權(quán)利要求1所述的沖擊高電壓發(fā)生方法，其特征在于，所述監(jiān)控單元由帶有數(shù)字邏輯控制功能的工業(yè)控制計算機、網(wǎng)絡(luò)交換機、前端接口電路、電/光轉(zhuǎn)換電路和監(jiān)控軟件組成，根據(jù)總電壓波形生成緩變段電壓發(fā)生單元、漸陡段電壓發(fā)生單元和陡變段電壓發(fā)生單元的控制命令，通過光纖通信發(fā)送實時驅(qū)動和觸發(fā)控制信號，并對波前連續(xù)可調(diào)的沖擊高電壓發(fā)生的全過程進行監(jiān)控。
6.如權(quán)利要求1所述的沖擊高電壓發(fā)生方法，其特征在于，所述步驟(1)中，監(jiān)控單元根據(jù)緩變段電壓波形時間離散值生成多脈寬調(diào)制信號，通過光纖分別送至緩變段電壓發(fā)生單元的各級低功率充電組件；每級低功率充電組件對功率半導(dǎo)體全控器件S實施高頻通斷控制，在功率半導(dǎo)體全控器件S導(dǎo)通期間，直流電源Ui對反激變壓器T充磁；在功率半導(dǎo)體全控器件S關(guān)斷期間，反激變壓器T通過高壓硅堆D向輸出電容C轉(zhuǎn)移磁能，實現(xiàn)對輸出電容C的可控充電； 10級低功率充電組件串接構(gòu)成的緩變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生上升率小范圍連續(xù)可調(diào)的高電壓波形；每級低功率充電組件實現(xiàn)電壓上升率連續(xù)調(diào)節(jié)范圍為0-0.01kV/us,電壓幅值連續(xù)調(diào)節(jié)范圍為0-20kV，緩變段電壓發(fā)生單元具備產(chǎn)生電壓上升率0-0.lkV/us,電壓幅值0-200kV連續(xù)可調(diào)電壓波形的能力。
7.如權(quán)利要 求1所述的沖擊高電壓發(fā)生方法，其特征在于，所述步驟(2)中，監(jiān)控單元根據(jù)漸陡段電壓波形時間離散值生成多脈寬調(diào)制信號，通過光纖分別送至漸陡段電壓發(fā)生單元的各級高功率充電組件；每級高功率充電組件對至少兩個功率半導(dǎo)體全控器件S同時實施高頻通斷控制，在各功率半導(dǎo)體全控器件S導(dǎo)通期間，直流電源Ui對各反激變壓器T同時充磁；在各功率半導(dǎo)體全控器件S關(guān)斷期間，各反激變壓器T通過高壓硅堆D向輸出電容C同時轉(zhuǎn)移磁能，實現(xiàn)對多個串聯(lián)輸出電容C的可控充電； 50級高功率充電組件串接構(gòu)成的漸陡段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生上升率大范圍連續(xù)可調(diào)的高電壓波形；每級高功率充電組件實現(xiàn)電壓上升率連續(xù)調(diào)節(jié)范圍為0.002-0.lkV/us,電壓幅值連續(xù)調(diào)節(jié)范圍為0-20kV，漸陡段電壓發(fā)生單元具備產(chǎn)生電壓上升率0.l-5kV/us，電壓幅值O-1OOOkV連續(xù)可調(diào)電壓波形的能力。
8.如權(quán)利要求1所述的沖擊高電壓發(fā)生方法，其特征在于，所述步驟(3)中，各級電容放電組件中的儲能電容Cg經(jīng)充電回路預(yù)先完成并聯(lián)充電；監(jiān)控單元根據(jù)陡變段電壓波形生成時序脈沖觸發(fā)信號，通過光纖分別送至陡變段電壓發(fā)生單元的各級電容放電組件；每級電容放電組件中的觸發(fā)球隙gt在外觸發(fā)信號下導(dǎo)通，同時引起隔離球隙g在過電壓作用下瞬時同步導(dǎo)通，儲能電容Cg通過導(dǎo)通的觸發(fā)球隙gt和隔離球隙g及充放電電阻rf，實現(xiàn)對輸出電容C的串聯(lián)放電； 三級電容放電組件串接構(gòu)成的陡變段電壓發(fā)生單元產(chǎn)生上升率近似連續(xù)可調(diào)的陡變高電壓波形；每級電容放電組件實現(xiàn)電壓上升率不低于1.5kV/us,電壓幅值SOOkV ;陡變段電壓發(fā)生單元具備產(chǎn)生電壓上升率大于5kV/us，電壓幅值0-2400kV近似連續(xù)可調(diào)電壓波形的能力。
【文檔編號】H02M3/335GK103746567SQ201410030853
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】陳維江, 李國富, 余輝, 賀恒鑫, 李志軍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院