2.2.3 電網(wǎng)擾動(dòng)抑制技術(shù)

隨著大功率電氣設(shè)備日益增加，無論是傳統(tǒng)直流28V電網(wǎng)供電系統(tǒng)還是高低壓混合電網(wǎng)供電系統(tǒng)，僅靠連接在電網(wǎng)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(fā)電機(jī)單獨(dú)供電條件下，大功率電氣設(shè)備的突加、突卸形成的浪涌電壓將引起電網(wǎng)波動(dòng)，會(huì)影響甚至損壞電網(wǎng)上的電子設(shè)備。特別是直流28V電網(wǎng)系統(tǒng)中，當(dāng)泵、閥類感性負(fù)載加載、拋載時(shí)，如不對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)進(jìn)行抑制，會(huì)使電網(wǎng)出現(xiàn)瞬態(tài)高尖峰電壓，造成精密電子設(shè)備出現(xiàn)死機(jī)、黑屏的現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致電子設(shè)備不能正常工作。

1．電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)特性的控制

一般來說，當(dāng)電網(wǎng)選定了發(fā)電機(jī)和發(fā)電控制器，電源系統(tǒng)自身的特性也就相應(yīng)確定了。目前發(fā)電機(jī)是發(fā)電、整流為一體，輸出直流電，再通過發(fā)電控制器斬波方式調(diào)壓，輸出滿足要求的直流28V或270V電壓。

電網(wǎng)的紋波電壓的波動(dòng)范圍主要取決于發(fā)電機(jī)的極數(shù)和輸出特性、整流器輸出特性、發(fā)電控制器的調(diào)壓性能等。為了更好地抑制電源系統(tǒng)和電網(wǎng)上用電設(shè)備產(chǎn)生的瞬態(tài)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(wǎng)更加平穩(wěn)，輸出滿足要求的電網(wǎng)電壓。

2．電網(wǎng)浪涌電壓和尖峰脈沖電壓的抑制

大功率電氣設(shè)備的突加、突卸形成的浪涌電壓將引起電網(wǎng)波動(dòng)，應(yīng)對(duì)典型負(fù)載工況進(jìn)行綜合分析，在電網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行合理的瞬態(tài)抑制和浪涌抑制設(shè)計(jì)，滿足國軍標(biāo)GJB 298—1987《軍用車輛28伏直流電氣系統(tǒng)特性》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電源系統(tǒng)提出的瞬態(tài)特性指標(biāo)要求。

電源網(wǎng)絡(luò)中蓄電池、超級(jí)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(jí)電容為車輛電起動(dòng)提供電能，在車輛電氣設(shè)備集中用電高峰產(chǎn)生負(fù)荷沖擊時(shí)，蓄電池和超級(jí)電容既可以補(bǔ)充發(fā)電機(jī)供電能力的不足，超級(jí)電容又可吸收電網(wǎng)的瞬態(tài)能量，同時(shí)也是提高電網(wǎng)平順性的重要措施之一。超級(jí)電容工作原理將在8.3節(jié)詳細(xì)介紹。

隨著高低壓混合電網(wǎng)供電系統(tǒng)的研制和應(yīng)用，對(duì)具有瞬時(shí)大功率放電和能量吸收特性的高壓超級(jí)電容的需求日益明顯，在選擇超級(jí)電容時(shí)應(yīng)考慮：

（1）超級(jí)電容儲(chǔ)能應(yīng)略大于起動(dòng)所需能量需求，滿足高壓起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。

（2）滿足瞬態(tài)功率需求，在發(fā)電機(jī)發(fā)電狀態(tài)下，超級(jí)電容組用于補(bǔ)償部分大功率負(fù)載如炮控起動(dòng)、高速轉(zhuǎn)塔等所需能量，控制其引起的電網(wǎng)波動(dòng)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

（3）吸收炮塔制動(dòng)等回饋到電網(wǎng)的能量，防止電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)過壓現(xiàn)象。

（4）考慮超級(jí)電容充電管理、電容模組的整體控制和控制保護(hù)策略的設(shè)計(jì)和管理。

蓄電池容量的選擇在前面章節(jié)已做介紹，在此不再贅述。

電網(wǎng)主電源濾波器的選擇，應(yīng)根據(jù)電源電壓、供電容量和工作頻率確定，選用的濾波器參數(shù)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(yīng)該布置在靠近發(fā)電機(jī)的輸出端，最好與發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)為一體，或是將濾波器安裝在車體隔板導(dǎo)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(fù)載的匹配性

對(duì)電網(wǎng)平順性的控制從原來靠發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性和蓄電池吸收瞬時(shí)電能等方式發(fā)展為對(duì)多電網(wǎng)、多種類負(fù)載、多種瞬態(tài)抑制的綜合控制模式，負(fù)載的切換過程中產(chǎn)生的浪涌電壓和脈沖電壓直接影響到電網(wǎng)的平順性，電源與負(fù)載的良好匹配，可為整車提供高效、高質(zhì)量的電網(wǎng)環(huán)境。

高低壓混合電源網(wǎng)絡(luò)的平順性設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)用電設(shè)備功率、工作電流曲線和任務(wù)模式合理分配電網(wǎng)，特別是針對(duì)高壓大功率負(fù)載的輸入/輸出特性、瞬態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性的不同工況，應(yīng)研究合理有效的管理控制策略。分析不同類型負(fù)載對(duì)電網(wǎng)的影響，對(duì)負(fù)載上電過程進(jìn)行控制，保證系統(tǒng)有序合理地啟動(dòng)。利用電網(wǎng)平順性仿真工具，設(shè)計(jì)和分析在混合電源網(wǎng)絡(luò)下負(fù)載的動(dòng)態(tài)特性建模技術(shù)和電能回收與利用問題。電網(wǎng)平順性已成為一項(xiàng)重要指標(biāo)，必須嚴(yán)格控制，否則將對(duì)很多設(shè)備造成致命的影響。

4．規(guī)范和約束用電設(shè)備對(duì)電網(wǎng)平順性的影響

GJB 298—1987《軍用車輛28伏直流電氣系統(tǒng)特性》和國際通用電源標(biāo)準(zhǔn)ISO 1540: 2006，可以作為裝甲車輛電源特性的設(shè)計(jì)參考，以保證其提供的電能可以滿足用電設(shè)備的電氣需求：一是用電設(shè)備不應(yīng)要求超出電網(wǎng)規(guī)范更高質(zhì)量的電源，用電設(shè)備在瞬態(tài)過程中和過程后應(yīng)不受電源電壓浪涌和尖峰脈沖的沖擊而發(fā)生故障。二是在完成其規(guī)定的功能時(shí)，不應(yīng)使電源系統(tǒng)的供電特性超出規(guī)定的范圍，用電設(shè)備的工作不應(yīng)對(duì)電源系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響或引發(fā)故障，實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備要與電源系統(tǒng)兼容工作。

1）用電設(shè)備抗浪涌和尖峰脈沖電壓的測(cè)試

為了使用電設(shè)備更好地適應(yīng)電源網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)特性而正常工作，應(yīng)對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行抗浪涌和尖峰電壓保護(hù)設(shè)計(jì)，采用抗浪涌電路和尖峰抑制電路，使用電設(shè)備不受電網(wǎng)瞬態(tài)特性的影響。

（1）輸入到用電設(shè)備的浪涌電壓測(cè)試。

被試件處于正常工作狀態(tài)時(shí)，在被試件上施加滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的浪涌電壓應(yīng)力，并監(jiān)測(cè)被試件性能參數(shù)，觀察是否能夠正常工作。輸入電壓測(cè)試原理如圖2-12所示。

在浪涌電壓的參數(shù)設(shè)置時(shí)，其測(cè)試參數(shù)的設(shè)置如表2-4所示。

在整個(gè)測(cè)試過程中被試件的任何部位不應(yīng)損壞，并保持正常工作，可判定該被試件通過抗浪涌電壓測(cè)試。

（2）輸入到用電設(shè)備的尖峰脈沖電壓測(cè)試。

被試件處于正常工作狀態(tài)時(shí)，在被試件上施加滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尖峰脈沖電壓應(yīng)力，并監(jiān)測(cè)被試件性能參數(shù)，觀察是否能夠正常工作。輸入尖峰脈沖測(cè)試原理如圖2-13所示。

暫態(tài)脈沖發(fā)生器給被試設(shè)備施加模擬尖峰脈沖電壓，其幅值為±250V，脈沖上升時(shí)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(gè)測(cè)試過程中被試件的任何部位不應(yīng)損壞，并保持正常工作，可判定該被試件通過尖峰脈沖測(cè)試。

2）用電設(shè)備輸出的尖峰脈沖電壓測(cè)試

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

依據(jù)GJB 298—1987《軍用車輛28伏直流電氣系統(tǒng)特性》相關(guān)要求和測(cè)試方法，使被試設(shè)備在規(guī)定的功能范圍內(nèi)工作，至少測(cè)試20次，記錄產(chǎn)生的最大尖峰脈沖電壓，測(cè)得的尖峰脈沖電壓不超過±250V，能量不得大于15mJ。被試件應(yīng)滿足軍標(biāo)規(guī)定的輸出尖峰脈沖電壓軌跡，如圖2-14、圖2-15所示。