一种依据系统动态特性的脉冲负载的功率等效方法
【技术领域】：
[0001] 本发明设及一种针对脉冲负载的功率等效方法，主要应用于W柴油发电机组作为 电源的孤立电力系统中，直流脉冲负载为主要用电负荷，系统中包含整流器及无源滤波器 件。 技术背景：
[0002] 柴油发电机组是利用柴油机带动同步发电机运转产生电能的中小容量电源，由柴 油机、同步发电机、调压调速装置及其它附属器件组成，具有体积小，起动快速，经济可靠， 维护方便等优点，广泛用作通信基站、海上钻井平台、移动装备的主电源或备用电源，尤其 在公共电网无法覆盖到的边防海岛等偏远地区发挥着重要的作用。
[0003] 随着信息技术的发展，为满足高功率传输信号或能量变换的需要，大量电力电子 开关器件应用于数字设备的开关电源，如通信基站，雷达发射车W及各种先进移动装备等。 由于开关器件的存在，该类用电设备在正常工作时消耗的功率并不均匀，呈脉冲特性，表现 在平均功率较低，但峰值功率较大，因此被称作脉冲负载。与传统线性负载不同，脉冲负载 不仅在起动和停机时对电源有冲击作用，而且其正常运行时的功率突变也对电源形成反复 地加载与卸载作用，引起输电线路中电流大幅频繁变化，影响电力系统中电源的输出特性， 因此，含脉冲负载的独立电力系统的动态运行行为与普遍发供电系统有很大不同。
[0004] 在工程实际中，柴油发电机组常通过整流装置为直流脉冲负载供电，可将该系统 抽象为柴油发电机组-整流器-脉冲负载值ieselgeneratorset-Rectifier-Pulsed load,DR巧系统。由于脉冲负载的功率周期性地大幅度变化，柴油发电机组的输出电流随着 负载功率变化出现周期性大幅波动，过高的定子电流将加剧发电机的电枢反应，使交流电 流谐波增大并影响气隙磁势，造成输出电压崎变，负载电流的频繁突变还会破坏柴油发电 机组的转矩平衡，造成转速波动。当脉冲负载作用强烈时，还可能造成机组停运引起供电中 断，影响设备的正常工作，甚至损坏发电机组或用电设备。
[0005] 在DRP系统中，脉冲负载处于不同工作模式时消耗的功率差别较小，但对柴油发 电机组输出电压与频率的影响却有较大不同，为避免柴油发电机组因脉冲负载的冲击而发 生故障，目前广泛采用增大柴油发电机组容量的措施，由于缺乏对系统动态特性的深入分 析，难W针对DRP系统的运行模式选配功率适当的柴油发电机组，一方面可能造成机组过 度配置，浪费资源，另一方面可能因机组功率不足，难W保证脉冲负载在任意工况下均正常 运行。实践表明，脉冲负载对柴油发电机组供电系统的影响不仅与负载功率有关，而且同系 统结构参数W及脉冲负载的工作模式有关。
[0006] 因此，分析脉冲负载不同工作模式下DRP系统的动态特性，W各相关因素对系统 动态特性的影响规律为依据，研究直流脉冲负载的功率等效方法，实现脉冲负载与柴油发 电机组的匹配选型，具有重要的理论意义与工程应用价值。
【发明内容】
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[0007] 本发明的目的是，提出一种针对脉冲负载的功率等效方法，包括衡量DRP系统动 态特性的指标及功率等效基准的确定方法。根据柴油机与同步发电机的功率比的区别选用 不同类型的柴油发电机组；采用IGBT作为直流开关控制电阻负载的通断来模拟脉冲负载， 根据连续脉冲非线性负载等效模拟方法，通过调整IGBT的触发脉冲或改变负载的等效阻 值模拟DRP系统的多种运行模式。根据DRP系统中各相关因素对动态特性的影响规律，利 用一系列试验数据建立反映系统运行模式与系统动态特性之间指标映射关系的神经网络 模型，结合脉冲负载作用下系统稳定运行的边界条件及功率等效基准，提出量化脉冲负载 对柴油发电机组供电系统影响的功率等效方法。
[0008] 本发明的技术方案是；一种针对脉冲负载的功率等效方法，确定衡量柴油发电机 组-整流器-脉冲负载即DRP系统动态特性的指标及功率等效基准，根据柴油机与同步发 电机的功率比的区别选用不同类型的柴油发电机组，按照连续脉冲非线性负载等效模拟方 法，通过调整整流器-脉冲负载端的IGBT的触发脉冲或改变负载的等效阻值模拟DRP系统 的多种运行模式；根据DRP系统中各相关因素对动态特性的影响规律，利用系列试验数据 建立反映系统运行模式与系统动态特性之间指标映射关系的神经网络模型，神经网络模型 的输入端为机组类型、滤波电容、峰值功率、开关周期、占空比，输出端为电压波动、频率波 动、电压总谐波崎变率；再结合DRP系统脉冲负载作用下系统稳定运行的边界条件及功率 等效基准，提出量化脉冲负载对柴油发电机组供电系统影响的功率等效方法；若系统中的 电压波动、频率波动与电压总谐波崎变率等动态特性指标均满足稳定运行条件，可根据脉 冲负载的功率等效基准确定其相对于柴油机的等效功率，该等效功率可作为脉冲负载选配 柴油发电机组的依据。
[0009] 如某脉冲负载的额定功率为15kW，其工作过程中的峰值功率介于60kW和20kW之 间，占空比变化范围为0. 25~0. 75,开关周期范围为20~80ms，系统中等效滤波电容值 为4000yF，在系统运行过程中，最大电压波动为42. 68 %，最大频率波动为4. 92 %，最大电 压总谐波崎变率为11. 08%，与电压波动和频率波动相对应的等效功率分别为51. 19kW和 25. 21kW，故该脉冲负载的最终等效功率为51. 19kW。为留有一定的裕度，针对采用36kW柴 油机的发电机组，所选配的同步发电机额定功率应不小于55kW。
[0010] 柴油机及其调速器型号保持固定，同步发电机均为同一系列产品，且AVR为同一 型号，发电机组的类型为常规机组（柴油机与发电机额定功率之比为1. 2:1)，小带大机组 (柴油机与发电机额定功率之比值小于1. 2)，大带小机组（柴油机与发电机额定功率之比 值大于1. 2)。
[0011] 柴油发电机组中的调速、调压方式固定不变，整流器采用可控娃整流，滤波电感与 电容值可调节。
[0012] 如小带大机组（柴油机与发电机额定功率之比为0. 72:1)，大带小机组（柴油机与 发电机额定功率之比为1. 8:1)。
[0013] 柴油发电机组中的调速、调压方式固定不变，整流器采用可控娃整流，滤波电感与 电容值可调节。
[0014] 柴油发电机组-整流器-脉冲负载系统中不含有源电力滤波器（ActivePower Filter,APFO,功率因数补偿器（PowerFactorCompensation,PFC)等谐波抑制装置。
[0015] 提出的脉冲负载等效功率是相对于柴油机的等效功率，该等效功率可作为脉冲负 载选配柴油发电机组的依据。
[0016] 根据DRP系统的结构及运行原理，构建仿真模型与试验装置分别如图1和图2所 示。在图1所示的仿真模型中，模块"Sync虹onousMachine"为同步电机，"Speed_Gov" 为含柴油机一阶传递函数模型的调速器，"AVR"为发电机的励磁调压器，"Controlled Rectifier"为可控整流器，"L"和"C"分别为系统中等效滤波电感和电容/'IdealSwitch" 为理想直流开关，"化IseGenerator"为控制直流开关通断的触发脉冲发生器，可调节脉冲 负载开关周期与占空比，"R"为电阻负载，通过改变阻值可调节负载峰值功率，"iL"和"Vd" 分别为电流和电压检测模块，1、2为检测端。
[0017] 图2中同步发电机在柴油