2.2.3 電網擾動抑制技術

隨著大功率電氣設備日益增加，無論是傳統直流28V電網供電系統還是高低壓混合電網供電系統，僅靠連接在電網上的蓄電池并不能完全吸收浪涌電壓的沖擊，且在單一故障供電即發電機單獨供電條件下，大功率電氣設備的突加、突卸形成的浪涌電壓將引起電網波動，會影響甚至損壞電網上的電子設備。特別是直流28V電網系統中，當泵、閥類感性負載加載、拋載時，如不對電網擾動進行抑制，會使電網出現瞬態高尖峰電壓，造成精密電子設備出現死機、黑屏的現象，甚至導致電子設備不能正常工作。

1．電網穩態特性的控制

一般來說，當電網選定了發電機和發電控制器，電源系統自身的特性也就相應確定了。目前發電機是發電、整流為一體，輸出直流電，再通過發電控制器斬波方式調壓，輸出滿足要求的直流28V或270V電壓。

電網的紋波電壓的波動范圍主要取決于發電機的極數和輸出特性、整流器輸出特性、發電控制器的調壓性能等。為了更好地抑制電源系統和電網上用電設備產生的瞬態脈沖的沖擊，通常在電源供電的主回路增加電源濾波器，使電網更加平穩，輸出滿足要求的電網電壓。

2．電網浪涌電壓和尖峰脈沖電壓的抑制

大功率電氣設備的突加、突卸形成的浪涌電壓將引起電網波動，應對典型負載工況進行綜合分析，在電網系統中進行合理的瞬態抑制和浪涌抑制設計，滿足國軍標GJB 298—1987《軍用車輛28伏直流電氣系統特性》等相關標準對電源系統提出的瞬態特性指標要求。

電源網絡中蓄電池、超級電容和電源濾波器是抑制浪涌電壓和尖峰脈沖電壓的主要部件。蓄電池和超級電容為車輛電起動提供電能，在車輛電氣設備集中用電高峰產生負荷沖擊時，蓄電池和超級電容既可以補充發電機供電能力的不足，超級電容又可吸收電網的瞬態能量，同時也是提高電網平順性的重要措施之一。超級電容工作原理將在8.3節詳細介紹。

隨著高低壓混合電網供電系統的研制和應用，對具有瞬時大功率放電和能量吸收特性的高壓超級電容的需求日益明顯，在選擇超級電容時應考慮：

（1）超級電容儲能應略大于起動所需能量需求，滿足高壓起動發動機的要求。

（2）滿足瞬態功率需求，在發電機發電狀態下，超級電容組用于補償部分大功率負載如炮控起動、高速轉塔等所需能量，控制其引起的電網波動在標準范圍內。

（3）吸收炮塔制動等回饋到電網的能量，防止電網系統出現過壓現象。

（4）考慮超級電容充電管理、電容模組的整體控制和控制保護策略的設計和管理。

蓄電池容量的選擇在前面章節已做介紹，在此不再贅述。

電網主電源濾波器的選擇，應根據電源電壓、供電容量和工作頻率確定，選用的濾波器參數有：耐壓值、工作電流、最佳衰減特性的頻段、最大泄漏電流等。電源濾波器應該布置在靠近發電機的輸出端，最好與發電機設計為一體，或是將濾波器安裝在車體隔板導電金屬表面或通過編織接地帶接地，禁止將輸入/輸出線捆扎在一起，避免互相耦合。

圖2-11所示為電源濾波器安裝示意圖。

3．電源與負載的匹配性

對電網平順性的控制從原來靠發電機的動態特性和蓄電池吸收瞬時電能等方式發展為對多電網、多種類負載、多種瞬態抑制的綜合控制模式，負載的切換過程中產生的浪涌電壓和脈沖電壓直接影響到電網的平順性，電源與負載的良好匹配，可為整車提供高效、高質量的電網環境。

高低壓混合電源網絡的平順性設計，應根據用電設備功率、工作電流曲線和任務模式合理分配電網，特別是針對高壓大功率負載的輸入/輸出特性、瞬態特性和穩態運行特性的不同工況，應研究合理有效的管理控制策略。分析不同類型負載對電網的影響，對負載上電過程進行控制，保證系統有序合理地啟動。利用電網平順性仿真工具，設計和分析在混合電源網絡下負載的動態特性建模技術和電能回收與利用問題。電網平順性已成為一項重要指標，必須嚴格控制，否則將對很多設備造成致命的影響。

4．規范和約束用電設備對電網平順性的影響

GJB 298—1987《軍用車輛28伏直流電氣系統特性》和國際通用電源標準ISO 1540: 2006，可以作為裝甲車輛電源特性的設計參考，以保證其提供的電能可以滿足用電設備的電氣需求：一是用電設備不應要求超出電網規范更高質量的電源，用電設備在瞬態過程中和過程后應不受電源電壓浪涌和尖峰脈沖的沖擊而發生故障。二是在完成其規定的功能時，不應使電源系統的供電特性超出規定的范圍，用電設備的工作不應對電源系統產生不良影響或引發故障，實現用電設備要與電源系統兼容工作。

1）用電設備抗浪涌和尖峰脈沖電壓的測試

為了使用電設備更好地適應電源網絡的瞬態特性而正常工作，應對其產品進行抗浪涌和尖峰電壓保護設計，采用抗浪涌電路和尖峰抑制電路，使用電設備不受電網瞬態特性的影響。

（1）輸入到用電設備的浪涌電壓測試。

被試件處于正常工作狀態時，在被試件上施加滿足標準規定的浪涌電壓應力，并監測被試件性能參數，觀察是否能夠正常工作。輸入電壓測試原理如圖2-12所示。

在浪涌電壓的參數設置時，其測試參數的設置如表2-4所示。

在整個測試過程中被試件的任何部位不應損壞，并保持正常工作，可判定該被試件通過抗浪涌電壓測試。

（2）輸入到用電設備的尖峰脈沖電壓測試。

被試件處于正常工作狀態時，在被試件上施加滿足標準規定的尖峰脈沖電壓應力，并監測被試件性能參數，觀察是否能夠正常工作。輸入尖峰脈沖測試原理如圖2-13所示。

暫態脈沖發生器給被試設備施加模擬尖峰脈沖電壓，其幅值為±250V，脈沖上升時間不超過5μs，振蕩頻率大于100kHz、小于500kHz。給被試件施加的尖峰脈沖的能量不大于15mJ。

在整個測試過程中被試件的任何部位不應損壞，并保持正常工作，可判定該被試件通過尖峰脈沖測試。

2）用電設備輸出的尖峰脈沖電壓測試

用電設備應通過尖峰脈沖電壓試驗檢查。雖然這種檢查不能完全等效被試件實際電壓尖峰頻譜特性，但各種用電設備首先應完成這種檢查，并在設備的每一種工作模式中每一種工作狀態下承受這種檢查，在這種檢查中各設備不應產生任何破壞或功能失常。

依據GJB 298—1987《軍用車輛28伏直流電氣系統特性》相關要求和測試方法，使被試設備在規定的功能范圍內工作，至少測試20次，記錄產生的最大尖峰脈沖電壓，測得的尖峰脈沖電壓不超過±250V，能量不得大于15mJ。被試件應滿足軍標規定的輸出尖峰脈沖電壓軌跡，如圖2-14、圖2-15所示。