隨著電力電子技術的發(fā)展,很多場合需要大功率大電流的直流電源.EAST的磁約束核聚變裝置使用的直流快控電源即是一種大功率直流電源,其技術要求為:電壓響應時間1ms峰值電壓50V;最大電流20kA,能實現4個象限的運行.針對此要求,不可避免地需采用電源并聯技術,即功率管并聯或電源裝置的并聯.對于20kA直流電源,若采用功率管IGBT并聯,每個橋臂則至少需15只功率管并聯,這不但給驅動帶來很大困難,而且,在一般情況下,電流容量較大的功率管的電壓容量也較大,在實際電壓只有50V 的情況下,對功率管的電壓容量而言,這是極大的浪費.因此,提出采用多米諾結構的DC/DC電源裝置并聯技術思路.

　　對電源并聯系統的基本要求為:1)在電網擾動或負載擾動下保持輸出電壓穩(wěn)定;2)各模塊調制頻率一致.若不一致,則產生低頻脈動信號,增大輸出電流和電壓的紋波成分;3)控制各模塊電流,使其均分負載電流.

　　1 大功率直流電源的拓撲結構

　　DC/DC電源并聯有兩種拓撲結構,一種是采用輸入直流母線結構,其系統結構框圖如圖1a所示,主要包括整流變壓器和不可控二極管整流電路,N 路DC/DC變換器,泵升電壓抑制電路等;另一種是采用獨立的AC-DC/DC電源并聯,系統結構圖如圖1b所示.

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　　采用圖1a所示的拓撲結構,系統需大容量不可調直流電源,一般可采用整流變壓器降壓,二極管整流并經電容濾波得到.這種結構雖可保證并聯的每條支路有共同的直流電壓輸入,避免并聯支路因直流側輸入電壓不同而帶來的不均衡,但該直流電源的容量大,電流達20KA,直流母線承受的負荷過重,前級AC-DC設備要求較高,不易實現.另外,輸入端共用母線不利于實現完全意義上的獨立電源模塊的并聯.因此,采用如圖1b所示的AC-DC/DC直流電源并聯的拓撲結構.

　　圖1b所示的拓撲結構可保證每個AC-DC/DC電源模塊的獨立性,即可實現直流電源裝置的并聯,能夠根據實際的電壓,電流及功率的要求自由地增減模塊的個數!在實際應用中有很大的空間,有一定的研究價值.但這種拓撲結構也有它不利的一面!即若變壓器輸出電壓略有差別,則每個整流模塊的輸出電壓將不同,從而造成各整流模塊輸出電流嚴重不平衡.

　　不過,這種不平衡可采取如下相應措施進行抑制:首先,在采用獨立的AC-DC/DC電源并聯時,應盡量做到每個模塊的AC-DC/DC輸出直流電壓接近相等;其次,針對由于變壓器輸出電壓不同造成的各整流模塊輸出電流的不平衡,可在DC/DC環(huán)節(jié)設置均流措施.DC/DC模塊采用的是受限單極型脈寬調制方式(PDW),通過調節(jié)各DC/DC模塊的占空比使各回路的負載趨于平衡.當電源模塊給定電流正負切換時,可實現不同象限的運行,滿足系統4象限運行的要求.

　　2 大功率直流電源的控制方案

　　在托卡馬克快控電源的應用中,要求電源輸出電流實時跟蹤給定電流曲線.因此,該電源系統是電流隨動系統,系統的快速性將是一較重要的性能指標.而控制方式的選擇將影響整個系統的靜態(tài)與動態(tài)性能指標.

　　為更好提高系統穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能指標的精度,實現電流跟隨性,采用兩級電流控制(圖2),即總電流環(huán)和模塊電流環(huán)相互配合,不僅可提高性能指標,且可實現各模塊電流的均衡.

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