CN108270361B - 铀浓缩专用一站式中频电源 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铀浓缩技术领域，具体涉及一种克服现役中频电源的比投资大、成本高、操作复杂和功率密度低等不足缺陷的铀浓缩专用一站式中频电源；包括六台一站式中频电源功率柜和两条条并联母线构成，通过四台负荷柜为四路负荷提供持续的中频电源；每台一站式中频电源的功率柜为单路输入双路输出形式，负荷柜为双路输入单路输出形式；每台一站式中频电源功率柜的两条输出线路分别与并联1#母线(7)和并联2#母线(8)进行T接，每台负荷柜的两条输入线路分别与并联1#母线(7)和并联2#母线(8)进行T接，每台负荷柜与对应的负荷相连。
Description
技术领域
本发明属于铀浓缩技术领域，具体涉及一种铀浓缩专用一站式中频电源。
背景技术
铀浓缩工厂采用专用中频电源为离心机供电。现役中频供电系统的比投资大、生产运营成本高，系统结构及操作较复杂；其次，变频电源采用变电、配电、功率和控制分立结构，功率密度相对较小,体积大，电缆敷设长、损耗多；最后，中频电源容量以满足启动工况设计，正常工况下电源输出功率仅为设计容量的2/5。鉴于此种情况，可对现役系统进行进一步优化。
多模块并联运行技术是变频电源向大功率方向发展的一个重要途径，更是分布式供电模式发展过程中的一项关键技术。多模块并联可兼顾系统冗余度的同时提高设备利用率和系统功率密度，自动化程度和集成度更高，进一步降低工程比投资。当前，国内还没有适用于商用铀浓缩工厂的大容量低压并联式变频电源。因此，需要研究开发适用于商用铀浓缩工厂的大容量低压并联式变频电源。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术不足，提供一种克服现役中频电源的比投资大、成本高、操作复杂和功率密度低等不足缺陷的铀浓缩专用一站式中频电源。
本发明的技术方案是：
一种铀浓缩专用一站式中频电源，包括六台一站式中频电源功率柜和两条条并联母线构成，通过四台负荷柜为四路负荷提供持续的中频电源；每台一站式中频电源的功率柜为单路输入双路输出形式，负荷柜为双路输入单路输出形式；每台一站式中频电源功率柜的两条输出线路分别与并联1#母线(7)和并联2#母线进行T接，每台负荷柜的两条输入线路分别与并联1#母线和并联2#母线进行T接，每台负荷柜与对应的负荷相连。
本发明系统内采用CAN通讯总线A和CAN通讯总线B将六台功率柜和六台负荷柜联系在一起，实现智能配电调度和状态广播，能确保单条CAN通讯中线中任意传输节点因外力破坏或外界干扰导致通讯故障的情况下，由另一条CAN总线通讯线路维持系统正常通讯，提高CAN总线通讯可靠性；每台功率柜利用光纤通讯线路与其余五台功率柜进行一对一互联，光纤通讯控制器接收六台功率柜的同步信号，处理后形成并机同步基准信号下发至六台电源，实现并机所需的同步数据的实时传输，保证每台电源接收并执行并机同步基准信号。六台一站式中频电源与电力监测系统之间采用RS485总线通信，实现控制室对一站式中频电源运行状态及运行参数的监测功能。六台一站式中频电源与DCS系统间采用RS485总线通信，实现控制室对一站式中频电源的远程启动和远程停止的遥控功能。
本发明的有益效果是：
1)本发明将独立和并联两种供电方式融为一体，提高了系统的可靠性和冗余度。采用先进数字化控制策略，实现了集中自动化控制，使系统的操作更加简洁，运行更加可靠。具备单机独立运行模式和多机并联运行模式，两种运行模式可进行在线式转换。
2)本发明采用中频电源并联冗余供电的方式，具备充足的冗余功率，系统供电容量可灵活配置，能满足铀浓缩工厂各种不同级联结构的供电需求，特别适用于新型大区段离心级联结构，具有很高的经济性及应用推广价值。
3)本发明利用智能配电功能，简化了事故及日常操作工序，提高了系统自动化程度。变频电源具备正常工况下和过激工况下多台变频电源手动或自动并机与解耦功能。
本发明可实现380V/50Hz的输入市电向200V/517Hz、300V/1034Hz或380V/1550Hz的三档可变换输出电源，可实现三档工况下的6台变频电源并机运行。
附图说明
图1是一站式中频供电系统动力拓扑图。
图2是一站式中频供电系统组网及通讯示意图。
图3是一站式中频供电系统控制原理图。
1：1#功率柜，2：2#功率柜，3：3#功率柜，4：4#功率柜，5：5#功率柜，6：6#功率柜，7：并联1母线，8：并联2母线，9：1#负荷柜，10：2#负荷柜，11：3#负荷柜，12：4#负荷柜，13：1#负荷，14：2#负荷，15：3#负荷，16：4#负荷，17：DCS系统，18：电力监测系统，19：光纤通讯控制器，20：光纤通讯线路，21：CAN总线A，22：CAN总线B，23：RS485总线A，24：RS485总线B，25：主机采样控制器，26：1#功率柜输出电压，27：1#功率柜电感电流，28：1#功率柜输出电流，29：1#功率柜数字化逻辑控制器，30：1#功率柜数字化可编程控制器，31：2#功率柜数字化可编程控制器，32：2#功率柜电感电流，33：6#功率柜数字化可编程控制器，34：2#功率柜电感电流，35：供电母线。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明进行进一步的介绍：
系统由6台变频电源和1条并联母排组成，每台变频电源分为功率柜和负荷柜。6台双路输出的300K型变频电源，其中包含6台功率柜，4台负荷柜和2条并联母排。功率柜采用18脉移相变压器整流和IGBT并管的SPWM数字逆变，功率柜的输出端通过电子开关与并联母排T接。功率柜采用基于数字化主从控制策略，实现功率柜同步和均流控制。负荷柜由动力开关、ARM控制及驱动电路组成，负荷柜的输入端通过刀闸与并联母排T接，实现电源自动与手动并联、解耦功能，输出无功补偿功能。功率柜与负荷柜尺寸一致。具体尺寸：高2400mm，深850mm，宽1400mm。
一站式中频电源技术指标如下：
一站式中频电源并联技术指标如下：
本发明的主要技术特点：
铀浓缩专用一站式中频电源由功率柜及负荷柜组成。功率柜采用单路输入双路输出的方式，通过并联母排向负荷柜供电。功率柜和负荷柜通过CAN总线广播自身状态，功率柜间通过光纤完成同步数据传输。多台功率柜内并联控制器按设定从中选择一台主控制器，其余为从控制器。并联同步数据由主控制器发出，从控制器跟随，以达到多台功率柜输出电压的同步控制，实现功率柜并联输出。功率柜并联成功后，负荷柜内断路器自动接通，最终完成对负载的并联供电。通过数字化并联控制，对电源进行统一的智能配电控制，突破了原系统1对1帯载模式和4备2切换冗余方式，真正实现了集中控制、分布式与并联式共存的供电方式，提高了系统功率密度、冗余度和利用率，相对缩减了设备数量，系统结构更为简洁、可靠。
数字化并联控制：数字化并机控制器主要进行运算、PWM控制、同步信号处理、逻辑处理和时序保护。主控制器与从控制器间通过光纤完成通信。利用数字化并机控制器的高速并行处理能力和光纤传输能提高同步信号处理的实时性，便于实时调整输出的PWM波，达到同步和均流控制的目的。功率柜与负荷柜间通过CAN总线进行通讯，通过广播的形式向外部设备传递自身状态，完成逻辑判断和保护功能。
智能配电：系统的自动化程度高，具备智能配电功能。并联自动运行模式下，每台变频电源均具备自动投入并联和自动退出并联。根据功率输出比、事故处理逻辑、外网供电和冷却水供给情况，自动判断变频电源是否投入或退出，事故影响范围较大时，并联系统将解耦，自动恢复独立帯载运行。
大功率中频并联：系统具备6台550KVA中频电源的并联帯载运行功能，输出电压为380V，频率达到1550Hz，多机同步控制复杂且难度较大，国内还未有该级别的电源并联。多电源并联分担负载功率，以较小代价获得了容错冗余功率，可从根本上保证可靠性。
高冗余度和可靠性：一站式中频电源单机容量即可满足2倍正常离心机额定运行时所需容量，3台中频电源并联即可帯载6路负荷正常运行，其余3台电源作为待机备用，系统冗余度达到0.99。另外，系统具备双路并联母排供电，采用双路光纤通讯和CAN总线通讯，进一步提高了系统冗余度和可靠性。
高功率密度的一体化结构：功率柜内采用18脉移相变压器与二极管全桥整流组合，有效降低了输入侧噪声，输入功率因数达到1，有效抑制输出共模电压。直流段采用LC滤波方式滤除纹波。逆变器每相有多只IGBT并管后以半桥方式输出三相电源，再经输出LC滤波后输出正弦交流电源。单台中频电源功率密度达到81kw/m3。此外，整流、逆变和电子开关等功率器件采用模块水冷散热器，系统功率柜、负荷柜和并联母排结合与一体，进一步提高了电源的功率密度。
如图1所示，一站式中频供电系统由6台一站式中频电源功率柜和2条并联母线构成，通过4台负荷柜为4路负荷提供持续的中频电源。每台一站式中频电源的功率柜为单路输入双路输出形式，负荷柜为双路输入单路输出形式。每台一站式中频电源功率柜的两条输出线路分别与并联1母线和并联2母线进行T接，每台负荷柜的两条输入线路分别与并联1母线和并联2母线进行T接，每台负荷柜与对应的负荷相连。正常情况下，利用智能配电功能，3台功率柜通过并联1母完成并联即可帯载全部负荷稳定运行。当任意运行中的功率柜故障或需人工维护时，可手动或自动将其退出并联或系统解耦，再根据系统逻辑，自动或手动投入待机功率柜投入并联运行，保证对4路负载的持续供电。当系统出现短路故障时，系统将自动判断短路故障点，将系统解耦，隔离故障设备并停机等待人工维修，正常设备自动恢复单机带载运行方式。
如图2所示，系统内采用CAN通讯总线1和CAN通讯总线2将6台功率柜和6台负荷柜联系在一起，实现智能配电调度和状态广播，能确保单条CAN通讯中线中任意传输节点因外力破坏或外界干扰导致通讯故障的情况下，由另一条CAN总线通讯线路维持系统正常通讯，提高CAN总线通讯可靠性。每台功率柜利用光纤通讯线路与其余5台功率柜进行1对1互联，光纤通讯控制器接收6台功率柜的同步信号，处理后形成并机同步基准信号下发至6台电源，实现并机所需的同步数据的实时传输，保证每台电源接收并执行并机同步基准信号。6台一站式中频电源与电力监测系统之间采用RS485总线通信，实现控制室对一站式中频电源运行状态及运行参数的监测功能。6台一站式中频电源与DCS系统间采用RS485总线通信，实现控制室对一站式中频电源的远程启动和远程停止的遥控功能。
如图3所示，模块1包含组件25、组件29和组件30。其中，组件25用于运行参数采样；组件29用于逻辑控制，计算有效值环，进行时序保护等功能的运算和处理；组件30用于并机控制，接收其他功率柜传输来的同步信号和状态，同时也接收组件26至组件29发来的数据和信号，处理形成同步基准信号和电流给定信号，发送至各从机功率柜。模块1、模块2至模块6共同向模块7供电。模块2中的组件31接收组件32的信号，与其他功率柜通过光纤发送来的信号进行处理，最终输出与模块1相同的电源。模块6功能与模块2一致。一站式中频电源并机采用主从控制方法，主从优先级依据用户要求设定，运行后，根据预设优先级进行电源并联或解耦。利用组件30、组件31、组件33和光纤通讯可最大限度解决因数字控制延时而引起的控制精度下降问题，保证并联电源的均流控制。经过测试验证，该并机控制原理简单且可靠性高，具有良好的稳态性能和动态性能。
Claims (1)
1.一种铀浓缩专用一站式中频电源，其特征在于：包括六台一站式中频电源功率柜和两条并联母线构成，通过四台负荷柜为四路负荷提供持续的中频电源；每台一站式中频电源的功率柜为单路输入双路输出形式，负荷柜为双路输入单路输出形式；每台一站式中频电源功率柜的两条输出线路分别与并联1#母线(7)和并联2#母线(8)进行T接，每台负荷柜的两条输入线路分别与并联1#母线(7)和并联2#母线(8)进行T接，每台负荷柜与对应的负荷相连；
系统内采用CAN通讯总线A和CAN通讯总线B将六台功率柜和六台负荷柜联系在一起，6台550KVA中频电源并联帯载运行，输出电压为380V，频率达到1550Hz,中频电源单机容量满足2倍正常离心机额定运行时所需容量，3台中频电源并联可帯载6路负荷正常运行，其余3台电源作为待机备用，系统冗余度达到0.99；
所述功率柜内采用18脉移相变压器与二极管全桥整流组合，有效降低输入侧噪声，输入功率因数为1，有效抑制输出共模电压；
直流端采用LC滤波方式滤除纹波；
逆变器每相有多只IGBT并管后以半桥方式输出三相电源，再经输出LC滤波后输出正弦交流电源；
单台中频电源功率密度达到81kw/m3；此外，整流、逆变和电子开关等功率器件采用模块水冷散热器，系统功率柜、负荷柜和并联母排结合与一体，提高了电源的功率密度；
所述中频电源单机实现智能配电调度和状态广播，能确保单条CAN通讯中线中任意传输节点因外力破坏或外界干扰导致通讯故障的情况下，由另一条CAN总线通讯线路维持系统正常通讯，提高CAN总线通讯可靠性；每台功率柜利用光纤通讯线路与其余五台功率柜进行一对一互联，光纤通讯控制器接收六台功率柜的同步信号，处理后形成并机同步基准信号下发至六台电源，实现并机所需的同步数据的实时传输，保证每台电源接收并执行并机同步基准信号；
六台一站式中频电源与电力监测系统之间采用RS485总线通信，实现控制室对一站式中频电源运行状态及运行参数的监测功能；六台一站式中频电源与DCS系统间采用RS485总线通信，实现控制室对一站式中频电源的远程启动和远程停止的遥控功能。
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