关键词 调频式；谐振；高压试验；电源应用
在当前的电力领域当中，特高压电路整逐渐发挥着越来越重要的作用，对于电力系统的发展和进步十分重要。对此，通过对调频式谐振特高压试验电源进行研制，采用相应的计数确保了电源的性能与质量。在实际应用当中，通过有效的方法解决存在的问题，取得了良好的效果。
一、交流试验电源的特点分析
1、试验变压器
（1）相数、电压与容量
这里常用的试验变压器有两种，分别为单级式试验变压器以及串级式试验变压器。这其中的串级式试验变压器运转是主要运用三级串，这样能够保证串级运行时得到更高的单项电压，而且在进行并级使用过程时也可以得到更大的单项电流，还能满足三相的要求。如果试验变压器运转时输出一定的电压，就会使得试验变压器输出的电流变小，再加上变压器容量的限制，会使得输出容量也存在一定限制，这就对变压器带来了容量问题。在变压器进行三相工作时，为了提升三相容量，往往采用几台试验变压器并联的运转方式，也可以用高压电阻器补偿无功功率来实现以上要求。单质在实际运行过程中，采取这两种方法实现三相容量要求不满足经济节能的目标，因此实际应用价值不高。
（2）运行方式与绝缘水平
由于试验变压器在结构设计上的裕度相对较小，再加上运转时的散热能力不好，因此长运使用试验变压器会带来一定的负面影响。再有就是试验变压器绝缘的安全系数相对较小，因此在使用过程中一定要严格监测外部环境，避免由于大气过电压及操作过电压带来的干扰。
（3）输入频率与调压
试验变压器在运行过程中使用的电源为工频源，并且使用调压器进行同步发电，配合调压器机组来实现调压工作。
（2）串联谐振设备
一般运用串联谐振设备时可进行单项高电压试验，但是对于组成三相组的要求则不能满足。具体的原因是三相串联谐振回路如果是在对称负载的情况下运行，就会保证各相的电压及电流相同，而且各个相位之间相差120。这时三相串联谐振回路的其中一相会与单相串联谐振回路的电压相同，其运行状态基本一致。在运行过程中，虽然三相负荷理论上要求是一样的，但实际上并不能满足对称要求，原因是由于三相负荷之间存在相互联系以及户外进行试验时所带来的影响，例如外界气候的变化会造成不同程度的电晕损失，电晕损失又会进一步影响串联谐振回路的品质。由于三相串联谐振回路的运行情况及内部构造比较复杂，从而使得其调谐、调压控制以及安全稳定运行相对来说也比较复杂。这种设备所采用的是谐振原理，而且无功功率所采用的是电抗器电感补偿容性试品，再加上输入电源容量比其他设备的容量小，就会容易使试品受到高电压的作用。一般情况下串联谐振设备的应用范围相对较广，对于容性容量较小的试品以及容性容量相对较大的试品都可适用。
二、调频式谐振特高压试验电源调压及调频控制器设计
1、电压自调整PI控制
在进行调频式谐振特高压试验电源中的电压试验检测时，首先需要考虑待测试验样品的自身属性以及其他的不确定因素，例如多样性和中间励磁升压变压器的涡流都会对试验产生影响，从而影响最终的试验结果。再有就是试验过程中调频式谐振特高压装置所输出的电压值在大多数情况下与预计值是不同的，这也会给试验结果带来偏差。现阶段所采用的PI调节器进行了一定的改装，在比例上及积分系数上都更加具有实用性，能够比原有的设备更好地进行实时在线调整工作。现阶段运用的PI调节器之所以能够取得进步，主要是使用了自调整PI控制器，从而能够随时对PI控制器的参数进行调整，使其达到较为理想的状态。
通过实际的研究，设置调整时间为ts，在取点画曲线时需要在有效值Uc´稳态响应值上确定相应点，并且将该点与坐标原点用曲线连接，曲线呈现单调上升平滑状。该曲线可作为期望相应曲线，具体公式如下：
公式中的D（Z）是PI控制器的输出表示，其中Kp1表示的是比例，KI1表示的为积分分数；T1表示的是时间常数。调制比M与电压Uc´之间的关系可运用电压控制系统闭环系统所传递的函数计算得出，而且该计算公式可以计算得出控制器参数C（k），并进一步确定调制比M的范围，其范围变化浮动在0-1之间为正常运行情况，其中的PWM信号占空比的大小能够实现对电压的调节。
2、电压及频率总体控制策略
如需要对电压及频率总体实现有效控制，需要综合考虑Uc的变动，由于调频式谐振特高压试验电源的系统是带有L、C串联的谐振电路，因此一些细微的外界变化都会引起频率波动，从而造成Uc发生变化。装置在正式运行之前，需要根据运行需求及实际情况对设备的频率进行调节，使其能够正常运转，当调整过程中频率达到某一值时，会使装置达到其预设的谐振点，这便可以开始进行电压的调节，并逐渐将电压调整到设定的数值。如果在此环节中谐振参数发生变化，那么就需要根据电路状态及设置情况重新计算参数，并调节到正常值，以便满足系统运行的要求。在实际运行过程中系统所输出的频率都会相对较小，一般的范围浮动在30-300Hz之内，这种情况下为了更好地满足PWM调节要求，需要采用较小的载波。对电压及频率总体进行控制的控制器组成主要有：PI锁相自动调频内环、电压Uc自动调整PI外环，谐振频率用ωo表示，要求其必须是标准正弦信号，计算调制比M需要对输出信号进行处理，在此基础上将频率正弦信号与调制比相乘，最终计算得出PWM控制信号，在得到控制信号的指令后，会对IGBT进行驱动作用，从而推动系统进行调压及调频的控制操作。
3、调频式谐振特高压电源装置的试验结果
根据特高压交流耐压试验所需要的电压等级，可以设置频率调节范围为30-300Hz，逆变器输出电压调节范围是0-400V。IGBT中间励磁升压变压器E为单项油浸自冷式，使3个独立的高压侧绕阻串联、并联使用。采用传统的PI控制与本文论述的新型PI控制方法进行比较，通过输出电压和频率的对比，可以得出调频结果及状态。
结论：经济及科学技术的发展使得交流特高压电网的应用范围逐渐扩大，而且相对的技术水平也逐渐得到提升，对于提升电网输送能力起到了重要作用。这就需要在应用过程中对调频式谐振特高压试验电源装置进行具体分析，结合实际情况及工作经验，对其调节控制功能进行进一步优化，从而满足电网输送能力的要求，实现电力企业的快速发展。
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论文作者:李振奇
论文发表刊物:《科技中国》2018年6期
论文发表时间:2018/8/10
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